利用汗液来监控健康的可穿戴设备
查字典生物网
2016-10-07
汗液虽然不大好闻，但是它包含了重要的生物成分，可以告诉我们生理状况。不过，在剧烈的运动过程中，过量出汗可能致命。例如，中东的士兵在炎热的天气下从事繁重的劳动，脱水的风险非常大。
为了避免危险的脱水，CFD 研究公司的Sergio Omar Garcia以及新墨西哥大学的合作者设计出一种贴片传感器，可检测士兵在训练过程中的乳酸水平，以确定他们的应力极限，防止受伤。
在剧烈运动时，血液不能足够快地向肌肉供应氧气，满足肌肉收缩的高能量需求。一旦可用的氧气耗尽，锻炼的肌肉就切换到乳酸发酵，这是一个不依赖氧的能量产生过程。乳酸开始在肌肉中积累，引起疼痛的感觉。这种乳酸也通过汗液排出。乳酸水平若高于某个阈值，则可能带来危险状况，如肌肉疲劳和脱水。
为了测量汗液中的乳酸，Garcia的团队开发出一种乳酸脱氢酶（LDH）传感器，他们用特别的墨水在碳纳米管电极上“打印”LDH酶。LDH分解汗液中的乳酸并产生电流，这可被电极读取。研究人员将这种贴片传感器装在运动胶布上，以保持它的弹性，并覆盖医用纱布，吸收汗液进行测定。
研究团队随后在碳纳米管电极上打印葡萄糖氧化酶（GOx），设计了一种生物电源。GOx消耗空气中的氧气，生成过氧化氢，并产生电流。研究人员将这种生物燃料电源与LDH生物传感器相组合，产生了完全由汗液供电的装置。这个装置不足8克，可持续使用100分钟，只有在穿戴者出汗时才运行。
到目前为止，研究团队已经在人工汗液中检验了此设备，其中贴片传感器特异检测乳酸浓度。“我们没有预想到，它会像标准的生物燃料电池一样起作用，”Garcia谈道。“这无疑是一个惊喜，它很小巧，也便携。”
他们下一步计划在人们身上检验这一装置，看看在生物燃料电池停止工作之前，它能够运行多久。Novel Devices Laboratory的Jason Heikenfeld认为，体内试验出处充满挑战。他没有参与此项研究。“在体内试验开展之前，我们已经知道汗液中的葡萄糖水平非常低，比生物燃料电池在体外验证时的水平要低得多，”他说。
可穿戴设备是目前的一种流行趋势。在Technology Review评选出的2016科技创新俊杰中，加州大学伯克利分校的高伟也设计出一款运动时的吸汗带，可通过汗液来监测健康数据。这种吸汗带在一块柔韧的印刷电路板上整合了传感器、处理器和蓝牙通信装置。当你戴着它的时候，它会将你的汗液成分数据无线传送到你的手机中。
