多任务可穿戴设备持续监测葡萄糖、酒精和乳酸

该设备大约有六个25美分硬币的堆叠大小。它是通过一个类似魔术贴的微型针或微针贴在皮肤上的，每个微针大约是人类头发宽度的五分之一。佩戴这种设备并不痛苦——微针仅仅穿透皮肤表面来感知间质液中的生物分子，间质液是皮肤下面细胞周围的液体。该设备可以戴在上臂上，并将数据无线发送到定制的智能手机应用程序。

加州大学圣地亚哥分校的研究人员可穿戴传感器中心在5月9日发表的一篇论文中描述了他们的设备自然生物医学工程．

“这就像一个完整的皮肤实验室，”中心主任约瑟夫·王说，他是加州大学圣地亚哥分校的纳米工程教授，也是这篇论文的共同通讯作者。“它能够同时连续测量多个生物标志物，使用户在进行日常活动时监测自己的健康状况。”

大多数商业健康监测器，如糖尿病患者的连续血糖监测器，只能测量一个信号。研究人员说，这样做的问题在于，它遗漏了一些可以帮助糖尿病患者更有效地控制疾病的信息。监测酒精水平很有用，因为饮酒可以降低血糖水平。了解这两个水平可以帮助糖尿病患者防止饮酒后血糖降得过低。结合乳酸盐的信息也很有用，乳酸盐可以在运动中作为肌肉疲劳的生物标志物进行监测，因为体育活动会影响身体调节葡萄糖的能力。

“通过我们的可穿戴设备，人们可以看到他们的血糖峰值或下降与饮食、运动和饮酒之间的相互作用。这也可以提高他们的生活质量，”王实验室的纳米工程博士生Farshad Tehrani说，他是该研究的共同第一作者之一。

微针与电子产品融合在一起

这种可穿戴设备由一个连接到电子设备外壳的微针贴片组成。微针尖端的不同酶与间质液中的葡萄糖、酒精和乳酸发生反应。这些反应会产生小电流，电子传感器会分析这些电流，并将其无线传输到研究人员开发的应用程序上。结果会在智能手机上实时显示。

使用微针的一个优点是，它们可以直接对组织液进行采样，研究表明，在组织液中测量的生化水平与血液中的水平有很好的相关性。

该论文的共同通讯作者、加州大学圣地亚哥分校电子与计算机工程教授帕特里克·默斯尔说:“就临床有效性和相关性而言，我们的这项技术起步非常好。”“这降低了临床翻译的障碍。”

微针贴片是一次性的，可以从电子外壳上拆卸下来，方便更换。这个可重复使用的电子盒内装有电池、电子传感器、无线发射器和其他电子元件。该设备可以在任何用于手机和智能手表的无线充电板上充电。

将所有这些组件集成到一个小型无线可穿戴设备上是该团队面临的最大挑战之一。它还需要一些巧妙的设计和工程，将可重复使用的电子设备(必须保持干燥)与暴露在生物液体中的微针贴片结合起来。

“它的美妙之处在于，它是一个完全集成的系统，人们可以戴上它，而不需要拴在台式设备上，”梅西尔说，他也是加州大学圣地亚哥分校可穿戴传感器中心的联合主任。

测试

这款可穿戴设备在五名志愿者身上进行了测试，他们在锻炼、吃饭和喝一杯酒的时候把设备戴在上臂上。该设备被用来持续监测志愿者的葡萄糖水平，同时监测他们的酒精或乳酸水平。该设备测量的葡萄糖、酒精和乳酸含量与商用血糖监测仪、酒精测试仪和实验室中进行的血液乳酸含量测量结果非常吻合。

下一个步骤

Farshad Tehrani和另一位共同第一作者Hazhir Teymourian(他曾是王的实验室的博士后研究员)共同创立了一家名为AquilX的创业公司，以进一步开发该技术以实现商业化。接下来的步骤包括测试和改进微针贴片在更换前的使用时间。该公司还对在设备中添加更多传感器的可能性感到兴奋，以监测患者的药物水平和其他健康信号。

论文:“一种集成可穿戴微针阵列，用于连续监测间质液中的多种生物标志物。”合著者包括Brian Wuerstle*、Jonathan Kavner*、Ravi Patel、Allison Furmidge、Reza Aghavali、Hamed Hosseini-Toudeshki、Christopher Brown、张方宇、Kuldeep Mahato、李正星、Abbas Barfidokht、Lu Yin、Paul Warren、Nickey Huang和吉娜Patel，他们都来自加州大学圣地亚哥分校。

这些作者的贡献相同

这项工作得到了加州大学圣地亚哥分校可穿戴传感器中心和国立卫生研究院国家神经疾病和中风研究所(授予R21 NS114764 - 01A1)的支持。