未来的可穿戴健康技术可以测量皮肤释放的气体

该研究的主要作者、俄亥俄州立大学材料科学与工程专业的研究生安东尼·安纳里诺(Anthony Annerino)说:“这完全是非侵入性的，对用户来说完全是被动的。”

一些可穿戴设备，如智能手表或健身追踪器，已经能够测量脉搏率或温度，但该团队的方法将使该技术能够感知与代谢紊乱相关的生物标志物，如心脏病或糖尿病。

研究报告的合著者、材料科学与工程教授佩拉吉亚-艾琳·古玛说:“通过皮肤来识别健康问题确实是终极前沿。”Gouma还领导了智能互联健康项目，该项目旨在支持健康和医学研究。

“这个项目还需要几年的时间，”Gouma说。“但在六个月内，我们应该能证明这一概念，在一年内，我们希望在人体上进行测试。”

她说，该团队研究的最终产品将是一种小设备，人们可以戴在出汗少的身体部位，比如耳后或指甲上。随着越来越多的人在日常生活中熟悉使用可穿戴设备，Gouma预计技术和医学将变得更加交织在一起。

Gouma说:“我们正在开发新一代皮肤传感器，这将成为新的标准。”

包括Gouma在内的科学家们在测量我们呼吸中的有机化合物浓度(一种气体)作为健康指标方面有着悠久的历史。其中一个例子是对着酒精测试仪吹气，这种设备可以测量一个人血液中的酒精含量或用于检测病毒。

但安内利诺指出，这样的设备需要“主动意图”，而且只能提供身体的“瞬间快照”。他说，与我们呼吸时释放的化学物质相比，这个团队的传感器可以对皮肤释放的少量气态丙酮起作用。

丙酮是皮肤分泌的物质之一，它可以告诉研究人员很多关于人体内部运作的信息。呼气中丙酮的浓度也被证明与血糖水平和脂肪燃烧率有关。

安内利诺说:“这是一个研究领域，目前还没有得到很好的发展，因为我们刚刚开发出一种技术，可以高选择性地测量这些气体的低浓度。”

为了测试他们的传感器是否能探测到不同数量的这些启发性化学物质(这将表明气态分子的存在)，研究人员创造了一种由植物纤维素衍生物和电活性聚合物制成的薄膜材料。这种薄膜可以根据环境中检测到的丙酮的多少而急剧弯曲。

然后，Annerino的团队将薄膜置于含有乙醇、丙酮和水的溶液中，以测量其灵敏度、选择性和可重复性。

安纳里诺说:“我们发现，与其他化学物质相比，人们在接触某些化学物质时更容易弯腰。”这种弯曲发生在几毫秒内，研究人员使用机器学习和复杂的计算算法来准确记录和跟踪薄膜对不同化学溶液的弯曲响应。

他们的研究结果表明，这种薄膜足够灵敏，可以追踪身体的长期变化。在专注于代谢率传感器的同时，另一种可能的用途是跟踪乙醇，乙醇在体内可以显示肝脏疾病的迹象。研究人员说，在这项研究中使用的薄膜如何作为实际的传感器佩戴在身上，还需要做更多的工作。

安内利诺说，有机会让人们的生活更轻松是他如此渴望参与这项研究的原因之一。“并不是每一项研究都对社会和人们的生活有明显的影响，但这是这个项目真正具有的东西，”他说。

其他合著者包括材料科学与工程副教授马努基·斯里尼瓦桑(Manoj Srinivasan)和材料与航空航天工程专业刚毕业的迈克尔·法尔塔斯(Michael Faltas)。这项工作是由国家科学基金会资助的。