从汗水诊断疾病看交叉科技研究（141110）

闵应骅

   我们都知道，诊断疾病要抽血、验尿、验大便，进行化验。但没听说过用汗水可以诊断疾病。2014/11 Spectrum发表一篇文章介绍用汗水诊断疾病。本文首先简介汗水诊断；然后以此例说明：这种多学科、多领域的交叉科研，既难管理，又难组织，是我国缺少原创科研成果的原因之一。

   如果能够用汗水诊断疾病或监测身体状态，比验血简单，而且可以实时地、随时地检测。对于运动员、飞行员及特殊行业尤其重要。但汗水诊断包括收集、运送、测量汗水，比验血复杂得多。研究人员发现汗水携带了更多的信息，比想像的更容易激发、收集和分析。

   美国辛辛那提大学有一个团队研究汗水检测已经5年。他们把试验提供给美国空军去监管飞行员在飞行中对疾病、药物、食物、伤害、压力和其它物理改变的影响。他们开发一个程序把这些数据送到智能手机。2013年，空军资助在硅谷建立纳米生物制造联盟（Nano-Bio-Manufacturing Consortium）以加速生物监测设备的商业化，譬如汗水传感器。

   运动员过分疲劳可以脱水，但是很难预测。价值百万美元的运动员可能由于电解质接近不平衡的压力和预警而放弃比赛，或者补充水分防止这种灾难。汗水中，含有大量电解质、像纳、氯、钾等元素的带电离子，每升1-10毫克分子，正常血液里有3.5-5.2毫克分子/升的钾。血液中电解质的失衡可引起脱水，肌肉痉挛。测量汗水的碱性用处不大。但测量汗水中纳和氯化物对诊断囊胞性纤维症非常重要。一般来说，出汗越快，汗水里含盐就越多。要用汗水中电解质浓度推算血液中电解质浓度不是很容易的。检测钠和氯根离子需要两个东西：一个是涂有离子选择薄膜的电极；一个是氯化银制成的参考电极。用电位差来测量电解质浓度。这牵涉到化学、医学和电子工程。他们研制了纳传感器、电压表、通讯天线、微流体、和一个控制芯片，集成起来像个智能手机。包装起来可以粘在皮肤上，可以呆一个星期。他们说，今年年底前，他们的工业界伙伴将生产几百个测量装置进行试验，并进行诊断肌肉创伤的探索。这对纪录马拉松运动员电解质紊乱危险将非常有益。对于不经常出汗的病人，譬如 囊肿性纤维化病人，利用 电离子透入疗法，可以使皮肤出汗。

   电解质比较好测量，而代谢物，譬如乳酸盐、肌酸酐、葡萄糖，的测量也不难。乳酸盐的检测是人生命特征重要标志，当人体供氧不足时，乳酸盐就会上升。肌酸酐和尿素的高度集中表明不健康的肾脏正从体内清除污物。慢性肾炎患者通过汗水分泌很多尿素，积累尿酸晶体，使皮肤无光泽。两个电极之间，乳酸盐越多，电子就越多，所以乳酸盐的聚集就会产生传感电路电流的变化。小蛋白质细胞因子的被释放可以表明创伤、感染和癌症。被称为IL-6的细胞因子可以由于感染而增加上千倍。亚利桑那大学的学者发现某些细胞因子，包括IL-6在汗水中和血液中一样聚集。这就意味着可以用汗水诊断更多的疾病。但是，电的传感还存在很大问题。

   空军有兴趣测量细胞因子标记，以管理飞行员大脑状态，特别是他们的惊觉性。多种生物标记的采集可能使心脏病测试不用采血，而测量药物功效，精确确定药物剂量。传感器已经接近实现，大量数字信号处理和算法摆在面前。这些设备给运动员使用没有繁琐的批准过程，但要用于临床就需要更长的时间。

   这显然是一个多学科、多技术的交叉研究，至少包括化学、生物、医学、传感、电子工程、信号处理、计算机等等。恐怕没有一个人具备所有必要的知识，更不必说相关领域的研究经验了。连这篇介绍博文，我都不知道说了多少外行话。这类多学科多种技术的交叉研究，从政府安排、企业管理和研究人员个人的角度，都提出了一系列挑战性的问题，在我们国内更是如此。首先，从政府安排来说，这样的题目归到哪一类、由什么人牵头？即使是科研管理人员，一般也限于某一个学科或者涉猎某一些技术领域。院士更是如此，因为他们有自己的特长，对自己的领域很深入，对其他领域就未必什么都懂。从企业管理来说，电子方面的公司主导不了这样的研究，因为只有提出了明确的电子设备设计目标，他们才能研制设备。而医疗仪器公司可能欣赏汗水诊断这样的需求，但不知道从何着手。一个期望离做成医疗仪器还太远。从研究人员来说，具备所有这些知识几乎不可能，完全不同行的人怎么组成团队？可没有这样交叉学科的团队，在今天的条件下原创性的研究成果基本不太可能出来。他们擅长在自己领域内，搞点改进、推广，发表一些SCI论文，提上职称，招了研究生，得了个基金项目，也就满足了。所以，我总觉得，科技体系用树形结构来描述不确切，我们的科研管理不应该是怎么把科研活动管得在预想的条件下运行，管得越紧越好，而应该是放松到让不同学科、不同技术领域自由组合，异想天开。这才能鼓励原创。