近期，美国华盛顿州立大学（Washington State University，WSU）的研究人员开发了一款可穿戴健康监测传感器，能够可靠地测量体育锻炼时人体汗液中重要生化物质的水平。

可穿戴健康监测传感器柔韧性很好

这款3D打印的可穿戴健康监测传感器在未来有望提供一种简单、无创的方式来追踪人体健康状况，诊断如糖尿病、痛风、肾脏疾病以及心脏病等常见疾病。

相关研究论文以“3D-Printed Flexible Microfluidic Health Monitor for In Situ Sweat Analysis and Biomarker Detection”为题发表在ACS Sensors期刊上，文中指出，研究人员利用该可穿戴健康监测传感器能准确测量志愿者的血糖、乳酸和尿酸水平，以及他们在运动过程中的出汗情况。

该论文的第一作者、华盛顿州立大学博士生Chuchu Chen说：“糖尿病是全球性的健康问题。我认为3D打印技术将对医疗保健领域产生一定影响，我想试试我们是否能将3D打印与疾病监测相结合，创造出一款新颖的可穿戴传感设备。”

为了对该设备做概念验证，研究人员采用3D打印技术，利用独特的一体成型制造工艺来创建可穿戴健康监测传感器。同时，他们使用单原子催化剂和酶促反应来增强信号，并测量低水平的生物标志物。可穿戴健康监测传感器上的三个生物传感单元会通过改变颜色来指示特定物质的水平。

人体汗液中含有很多重要的代谢物，这些代谢物可以指示人体健康状况，但与血液采样不同，汗液采样是非侵入性的。人体汗液中的尿酸水平可提示患痛风、肾病或心脏病的风险。血糖水平用于监测糖尿病，乳酸水平则可指示运动强度。

华盛顿州立大学机械与材料工程学院Berry的助理教授Kaiyan Qiu说：“出汗率也是指示人体健康的重要参数和生理指标。”

可穿戴健康监测传感器测量志愿者手臂上的汗液。作为原型测试的一部分，汗液被染成了红色。蓝色贴片用于实验室对比

然而，研究人员指出，人体汗液中这些重要的化学物质的含量很少，很难测量。虽然人们已经开发出了其它汗液传感器，但它们都很复杂，需要具备专业知识，利用专用设备来制造。且所需的传感器必须是柔韧可拉伸的。

华盛顿州立大学机械与材料工程学院的研究教授Annie Du（Annie Du和Kaiyan Qiu领导了这项研究）说：“使用单原子催化剂来提高可穿戴健康监测传感器的灵敏度和准确性这个想法很新颖。”

这款可穿戴健康监测传感器由极其微小的通道组成，用于测量人体出汗率和生物标志物的浓度。Kaiyan Qiu表示，由于微流控通道是通过3D打印制造的，因此不需要任何支撑结构。从而避免了支撑结构在移除时可能引起的污染问题。

Kaiyan Qiu说：“我们需要测量生物标志物的微小浓度，所以我们并不希望这些支持材料的存在，后期还要移除。这就是我们采用独特的方法来打印自我支撑的微流控通道的原因。”

当研究人员将志愿者手臂上的可穿戴健康监测传感器与实验室结果进行比较时，他们发现可穿戴健康监测传感器准确可靠地测量了人体化学物质的浓度以及出汗率。

虽然研究人员最初选择了三种生物标志物来测量，其实他们可以添加更多的生物标志物，并且生物标志物可以定制。对志愿者来说，这些可穿戴健康监测传感器穿戴在身体上也很舒适。

目前，研究人员正在努力进一步改进该设备的设计和验证。他们还希望将这项技术商业化。华盛顿州立大学商业化办公室（WSU Office of Commercialization）也提交了一份临时专利申请，以保护与该技术相关的知识产权。这项研究获得美国国家科学基金会（National Science Foundation）和美国疾病控制与预防中心（Centers for Disease Control and Prevention）的资助，启动基金也是他们资助的。

论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.4c00528