以后管理糖尿病或監(jiān)測健身效果可能不再需要扎針，也不再需要佩戴一個像硬幣那么大的硬塊在手臂上，而是像戴一枚普通戒指那樣簡單，甚至在睡覺時都能自動完成生化指標(biāo)記錄。
近日，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究團(tuán)隊研發(fā)出一種能夠同時從汗液中檢測葡萄糖、酮體等多種代謝分子的智能戒指原型，把原本依賴血液才能獲得的生化數(shù)據(jù)，裝進(jìn)了一個指環(huán)里。
這項技術(shù)的核心挑戰(zhàn)在于解決汗液監(jiān)測長期以來的兩個“死結(jié)”：
一是汗液里的有用成分濃度極低，且容易受皮膚表面污垢干擾；
二是人在靜止?fàn)顟B(tài)下，身體大部分部位并不怎么出汗，導(dǎo)致傳感器經(jīng)常“空轉(zhuǎn)”。
傳統(tǒng)的汗液傳感器往往需要佩戴者特意去運動出汗，或者施加電刺激讓皮膚出汗，這在日常生活中幾乎無法做到連續(xù)且無感。研究團(tuán)隊把目光投向了手指，這里雖然面積小，卻是人體汗腺密度最高的區(qū)域之一，即便在靜息甚至睡眠狀態(tài)下，指也能持續(xù)分泌微量汗液，這為全天候監(jiān)測提供了生理基礎(chǔ)。
為了讓這少量的汗液乖乖進(jìn)入傳感器，團(tuán)隊在戒指內(nèi)側(cè)設(shè)計了一種特殊的“滲透凝膠”。這層凝膠就像一塊超強(qiáng)吸水的海綿，利用聚合物內(nèi)部的濃度梯度，主動把皮膚表面的汗液“吸”進(jìn)戒指內(nèi)部的微流控管道里，完全不需要佩戴者刻意運動或施加外部動力。
汗液一旦進(jìn)入管道，就會接觸到一組精心設(shè)計的電化學(xué)傳感器陣列。這就像是把一個微型化驗室塞進(jìn)了戒指里，不同的電化學(xué)傳感器各司其職，有的專門“抓”葡萄糖，有的負(fù)責(zé)“逮”酮體，通過檢測這些分子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的微弱電流，推算出它們的濃度。
不過，汗液里的葡萄糖濃度和血液里的并不完全一樣，不能直接畫等號。為此，研究人員開發(fā)了一套個性化校準(zhǔn)算法，在實驗初期，讓志愿者同時佩戴戒指和使用傳統(tǒng)指尖血糖儀，建立汗液數(shù)據(jù)與血液數(shù)據(jù)的映射模型。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)這個“換算匯率”在兩個月內(nèi)都保持相對穩(wěn)定，意味著未來用戶可能只需要偶爾校準(zhǔn)一次，而不必每天拿著血糖儀比對。
除了葡萄糖，這枚戒指還能監(jiān)測酮體、維生素C、尿酸、乳酸甚至酒精濃度，最多可同時監(jiān)測四項化學(xué)生物標(biāo)志物，這對于關(guān)注營養(yǎng)性酮癥、高強(qiáng)度運動恢復(fù)以及痛風(fēng)管理的人群來說，意味著可以從單一的血糖關(guān)注擴(kuò)展到更全面的代謝圖譜。比如，通過監(jiān)測乳酸和葡萄糖的動態(tài)變化，可以更精準(zhǔn)地判斷運動強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)，身體是否開始消耗脂肪；而尿酸和酒精的監(jiān)測，則為痛風(fēng)患者和飲酒人群提供了即時的生理反饋，這在現(xiàn)有的穿戴設(shè)備中是極少見的功能組合。
在工程實現(xiàn)上，團(tuán)隊采用了分體式設(shè)計，一半空間留給微流控和傳感器，另一半則安放了一塊柔性鋅銀氧化物電池和微型電路板。這塊電池能支持戒指連續(xù)工作約12小時，雖然還無法滿足全天候續(xù)航，但已足夠覆蓋夜間睡眠監(jiān)測或單次高強(qiáng)度運動追蹤。整個外殼通過3D打印成型，具有一定的柔性，能夠適應(yīng)手指的自然彎曲，避免了傳統(tǒng)硬質(zhì)電子設(shè)備佩戴時的異物感。
據(jù)了解，在對健康志愿者和1型糖尿病患者的試驗中，該智能戒指的血糖讀數(shù)與商業(yè)連續(xù)血糖監(jiān)測儀 (CGM) 的讀數(shù)非常接近，而酮體讀數(shù)與商業(yè)血糖儀的酮體讀數(shù)非常接近。當(dāng)然，作為實驗室原型，這枚戒指目前還比較簡陋，不僅體積比普通婚戒大，防水性能和續(xù)航能力也還有待提升。更重要的是，從實驗室數(shù)據(jù)走向臨床應(yīng)用，還需要更大規(guī)模的人體試驗來驗證其在不同膚色、年齡、生活習(xí)慣人群中的普適性。
責(zé)編：Ricardo
