汗水很宝贵!装在衣服上的汗液传感器,检测你是否健康

传感器技术 2020-08-09


现在,很多可穿戴健康设备都安装了微型传感器,借助智能手环和手表上的触摸屏和按钮,人们可以追踪体温、心率、步数等各式各样的数据,分析自己的健康指数。


运动和疾病都会造成数据波动,通过观察变化规律,用户可以知道自己的心率是否正常,睡眠是否安稳,或者是否缺乏锻炼。最终对自己的健康程度有大致的了解。


不过现有的可穿戴设备仍然有力所不能及的地方:虽然已经无限贴近人的身体和皮肤,却无法对体液、皮肤代谢物或其他生物指标加以利用。


原因很简单,很多生物指标必须从人体内部获取,比如采集血液或尿液样本。要求用户用一台小型消费级电子设备进行如此复杂的测试,实在有些不切实际。


为了更有效地利用人体分泌物,塔夫茨大学的工程师们近日分享了最新研究成果。他们开发了一种柔性电子传感贴片,可以缝在衣服上,采集并分析汗液,获取一系列生物指标,包括钠离子和铵离子(电解质),pH 值和乳酸等参数。研究成果以论文形式发表于 NPJ Flexible Electronics 上。



研究人员介绍,传感器是以贴片的样式制作的,可以安装在创可贴的纱布上。这样一来,汗水既可以被传感器捕捉、分析,还可以透过纱布蒸发。而且纱布的四周是经过密封处理的,与皮肤贴合紧密,阻止了汗液四散。


传感器表面可以收集汗液并实时测量,随后将数据传回无线读取装置,用于更细致的分类和分析。例如,汗液中的钠可以反映出电解质是否平衡,氯离子水平可用于诊断和监测囊性纤维化,乳酸浓度可以显示肌肉是否疲劳,皮质醇能够评估压力水平和新陈代谢状态。


这些数据通常用于衡量专业运动员的身体状况,其科学性已经获得了普遍认可。


之所以选择汗液,而不是血液或尿液,是因为其容易获取的特性。论文第一作者塔夫茨大学博士后 Trupti Terse-Thakoor 表示,“汗水很容易收集,而且能做到无创收集。液体中含有的生物标志物与血浆水平密切相关,可以作为一种出色的替代诊断液体。”


制作出原型试验设备后,研究人员招募了 7 名志愿者进行测试,监测他们在运动中的电解质和代谢反应。参与者有男有女,身体素质各不相同,而且之前全都没有饮食限制。


测试中,每个人都被要求进行至少 30 分钟的动感单车或跑步机运动。整个过程中,传感器都会贴在他们的皮肤上,每隔 5-30 秒进行一次生物数据收集——消费级健康监控技术大多是每隔 5-30 秒运行一次。


收集来的数据被用于执行最大摄氧量测试,分析受试者的吸氧量变化。该测试被视为是衡量身体健康水平的“金标准”。


图 | 贴在创可贴上的传感器(来源:Tufts University)


从研究结果来看,项目的可行性已经得到的验证,钠离子、铵离子和 pH 值等生物指标都可以测量出来。不过研究人员承认,目前研究仍缺少严格的标准化测量流程和经过统计学验证的数据组。


换句话说,研究刚刚经过了概念验证,仍处于起步阶段。至于收集上来的数据和分析得出的生物指标能够提供多少有价值的信息,这些信息对衡量健康水平又有多大的帮助,还需要进一步挖掘。


“这将是传感器开发的下一步,它在实时连续测量多种生物指标方面的有效性仍需验证,”论文作者表示,“尤其是在期望这种技术能替代标准化临床测试的前提下。”


塔夫茨工程学院电气与计算机工程学教授,研究的共同作者 Sameer Sonkusale 表示,这项研究是 “更大战略” 的一部分。


未来他们希望让这种柔性的电子传感设备更加普及,配合其他模块和传感器阵列,就可以独立运行并执行分析工作。通过涂有导电材料的细线,传感器就可以集成到衣服中。如果在其表面使用不同的涂层,就能用于检测不同的生物指标,然后无线传输到手机应用当中。

 -End-


编译:Ren

参考:

https://now.tufts.edu/news-releases/sweat-science-engineers-detect-health-markers-thread-based-wearable-sweat-sensors


来源:麻省理工科技评论APP


 

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