Nature Biotechnology: 点滴汗液解码健康大数据

汗液是机体正常活动的代谢产物，富含大量与健康相关的生物标志物，而基于汗液检测的智能传感器件，则具有非侵入式和实时连续监测等优势，近年来成为可穿戴健康领域的研究重点。另一方面，当今社会的医疗体系大多是被动的，患者们只有在发觉自身有明显的症状后才联系医生进行病情的诊断和医治。这种体系缺乏前期预判，也没有办法预防疾病发生，无法实现健康的实时监测。因此，科研人员致力于新型医疗模式的构建，配合可穿戴传感器件的快速发展，既不需要昂贵大型的医疗诊断器材又可节省掉专门的医护人员，从而实现实时性，前瞻性和个人化的医疗体系。

近日，加州理工学院高伟(Wei Gao)教授研究团队提出了一种新型皮肤上的实验室概念，即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，并配合微流道结构与柔性电路板，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，相关研究成果以“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，受到了各界研究学者的广泛关注。

全激光加工智能多模式传感贴片

研究人员采用激光加工方式，得到基于石墨烯的电化学传感器、应力传感器与温度传感器，并配合激光切割微流道，实现了呼吸、心跳温度等物理信号采集，以及汗液中微量成分尿酸、酪氨酸的监测。众所周知，酪氨酸是新陈代谢、肝脏紊乱以及神经系统紊乱的重要标记物，而尿酸则是痛风的重要判断指标，尿酸指标升高多半伴有关节肿胀、行走不便等病症。

基于智能贴片平台的非侵入式痛风监测和管理

为了验证该智能传感平台的可靠性与通用性，研究人员对健康人群与病患进行了大量的试验。首先针对受个体运动影响的酪氨酸，研究人员分别对进行大量训练的运动员以及缺乏锻炼的人群进行了汗液采集测试，在相同的运动情况下，运动员体内酪氨酸含量明显更低，证实了酪氨酸可以反映机体运动状况。而对于尿酸的研究，其作为人体嘌呤代谢产物，是主要的痛风监测指标。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痛风控制管理的可行性。

该智能传感器件在显示较高灵敏度的同时，兼具低成本、大规模制备等优势，具有让病人在家中非侵入式监测痛风、糖尿病、心脑血管等疾病的可能。这种准确实时的健康信息可以为病人提供辅助式健康管理，及时调整用药剂量及饮食作息。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。

论文通讯作者高伟教授近年来致力于柔性电子、可穿戴设备和生物医学纳米机器人方面的研究，并以第一作者或者通讯作者在《自然》、《科学•机器人》、《自然•通讯》、《美国国家科学院院刊》、《美国化学会会刊》、《纳米通讯》、《美国化学会•纳米》、《先进材料》等期刊发表论文90余篇，总引用超过10000次，高引用次数(H-index) 为52。

高伟教授课题组的博士生杨依然、北京大学张海霞教授的博士生宋宇和东北师范大学化学学院副教授薄祥洁博士为论文的共同第一作者。论文合作者包括Santa Clara大学的On Shun Pak教授、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教授等。

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.

URL: https://www.nature.com/articles/s41587-019-0321-x

张海霞、宋宇、高伟合影于Caltech.