西北大学开发出免电池汗液检测贴片，极具临床应用潜力
2019-02-18 09:11:18
轻薄、软性穿戴式传感器若能紧密贴附于人体上，就能持续进行临床等级关键生理参数记录功能，可望转变健康与体能的监测模式。美国西北大学(NWU)发展出免用电池的皮肤贴片，可收集与检测汗液以分析使用者的身体状况，极具医疗诊断与复原追踪等临床应用的潜力。
根据Digital Trends报导，目前大多数的穿戴式生物指标(biomarker)传感器都需要内建电池供电，虽然对某些应用没有影响，但对需要持续进行追踪的医疗用途，装置若有电源中断之虞就不够理想。NWU研发的皮肤贴片由智能型手机等连线装置发射的无线电波供电，同时运用近场通讯(NFC)技术回传贴片收集与分析的资料。
NWU发展的轻薄、软性微流体(microfluidic)分析皮肤贴片，透过类似毛细孔的小洞收集微量汗液储存在不同的小收集室，个别分析与生理健康相关的重要生物指标、电解质平衡、含水状态，实现运用以皮肤为介质的穿戴式装置进行流体与化学分析，可随时随地进行检测，研究团队希望最终可运用于如囊状纤维化诊断、中风幸存者复原追踪等广泛的临床应用。
NWU的皮肤贴片仅根据汗液检测，即可同时监测排汗量与速率，汗液的氯化物、葡萄糖、乳酸浓度、酸硷值与电解质，并提供视觉化信息。NWU成立新创公司Epicore将技术商品化，实际应用于L’Oreal在2019年消费性电子展(CES)展示的皮肤酸硷值追踪器。还有一项可能是关于让运动员能掌握在赛程中身体支撑状况的应用也将在未来几周公开。
传统穿戴式汗液传感器基本采两种方式但各有缺点。以电子装置侦测汗液的电化学特性，缺点在于装置的大小尺寸不理想；而以色度计(colorimetry)提供视觉化侦测结果显示，缺点则在于半定量(semi-quantitative)的运作方式与可测量的生物标记范围太窄。NWU进行电子装置与微流体的系统化研究及整合设计，以确立关键的贴片设计考量与效能表现特性。
NWU贴片的电化学感测模式类似生物燃料电池(biofuel cell)，结合精密时计(chronometric)微流体与崁入式比色测定(colorimetric assay)，兼得电子与微流体的功能优势，能让被分析物根据其浓度自发产生等比例的电讯号，而无需使用恒电位仪(potentiostat)，因此得以微型化与降低成本，且仅需运用NFC技术即可支援完整的感测与通讯功能。
电子学、材料工程学、机械学的最新进展，为开发有弹性、可延展以贴合皮肤的传感器奠定良好基础，得以实现透过皮肤介质进行高精确感测，而不会引起不适或过敏。经过2天的人体测试，比较汗液与血液中乳酸与葡萄糖的浓度，结果显示NWU的贴片极有潜力成为非侵入性、半定量生理状态追踪的基础装置。
生物传感器领域的研究多数聚焦于监测与生物电位、血流、肢体活动、水合作用、氧饱和、压迫/伸展与弹性系数、表面压力、温度与热传导特性等生理与运动相关的参数。NWU则专注于实时、非侵入式化学生物指标量测，收集汗液并进行化学分析，可追踪电解质、代谢物、小分子等生理相关资料，提供非侵入的人体健康状况检测方式。
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