今日Nature Biotech: 点滴汗液，解码健康大数据

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随着柔性传感领域的快速发展，去中心化的家庭式医疗诊断已经成为可能，智能衣物、智能贴片、电子纹身，众多交互式的可穿戴设备都致力于实现高效实时的人体健康管理。相比于心跳呼吸等物理信号，蕴含复杂生物分子信息的体液与人体健康更是息息相关，其中，汗液凭借其持续分泌、非侵入式采集与微环境稳定等优势，成为了人体生化传感器的潜在分析目标。

近日，加州理工学院高伟(Wei Gao)教授研究团队通过全激光加工的方式，制备了集成式多模式皮肤传感贴片，实现了汗液多项微量生物信息的原位准确探测与实时新陈代谢管理，该研究成果以“A laser-engraved wearable sensor for sensitive detection of uric acid and tyrosine in sweat”为题，发表于Nature Biotechnology，为下一代智能健康检测提供了新的研究思路。

研究人员基于低成本大规模激光加工方式，设计制备了可穿戴的基于石墨烯的电化学传感器、温度传感器与应力传感器，用于无创的生物标记物探测（例如低浓度的尿酸和氨基酸）、温度校准补偿与呼吸心跳实时监控，并与多层微流道结构配合，得到一次性多信号感知的智能贴片。结合柔性电路板，实现一体化、可编程、自动化分析平台的研发。该平台可以有效避免汗液样品的蒸发、降解与污染，通过云端存储与大数据分析，实现多任务、可调控的无创式原位长期监测、生理指标趋势动态分析与新陈代谢辅助管理。

图1: 全激光加工智能多模式传感贴片

在实现高效准确多功能传感的基础上，研究人员渴望在个性化医疗领域寻求更为普适化的应用。众所周知，痛风已经成为我国仅次于糖尿病的第二大代谢类疾病，尿酸作为人体嘌呤代谢产物，是主要的痛风监测指标。该研究团队利用智能传感贴片，通过对痛风病人、高尿酸症候群与健康人群的汗液/血液中尿酸含量的分析对比，发现了汗液中尿酸浓度与血液中的尿酸浓度具有高度关联性，证实了汗液作为尿酸检测体液和个性化痛风控制管理的可行性。除痛风外，尿酸在代谢综合征，心脏病，肾脏病中扮演着极重要的角色。用这种智能贴片同时可以监测的酪氨酸，作为人体所需的重要氨基酸，是代谢紊乱，饮食失调还有神经疾病的生物标记物。这种无创、非侵入式的可穿戴贴片，可以在不影响患者生活方式的同时，进行各项生理信号的长期监测与动态管理，为实时性、前瞻性、定制化的医疗健康大数据提供可能。

图2: 基于智能贴片平台的非侵入痛风监测和管理

高伟教授认为，这种可穿戴汗液传感器具有快速持续非侵入式探测汗液中分子量级标志物的巨大潜力，从而使定制化健康检测、早期病情诊断与及时药物干扰成为可能。同时，考虑到循环营养素和代谢物异常与多种健康状况息息相关，这种可穿戴汗液传感器揭示的生理指标信息对于科学研究与医学治疗都意义巨大。

作者介绍

本文的通讯作者为加州理工学院医学工程系的高伟教授，论文的共同第一作者课题组的博士生杨依然、访问博士生宋宇与访问学者薄祥洁博士。其他作者 Jihong Min, Minqiang Wang, Jiaobing Tu, Adam Kogan以及Santa Clara大学的On Shun Pak，Princeton大学的Lailai Zhu博士，北京大学张海霞教授，UCLA医学院的Tzung K. Hsiai与Zhaoping Li教授。
高伟教授课题组网站：http://www.gao.caltech.edu/文章信息
Y. Yang, Y. Song, X. Bo, J. Min, O. S. Pak, L. Zhu, M. Wang, J. Tu, A. Kogan, H. Zhang, T. K. Hsiai, Z. Li, W. Gao, A Laser-Engraved Wearable Sensor for Sensitive Detection of Uric Acid and Tyrosine in Sweat, Nature Biotechnology, 2019, 10.1038/s41587-019-0321-x.

点击“阅读原文”查看论文原文。

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