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汗水感測器能實現穿戴式醫療診斷的夢想嗎?

健康檢查的項目,必定包含抽血驗尿,仔細一點的會檢驗糞便。其實,這些採取檢體的檢驗,都是要從人體的體液或者代謝物中尋找身體變化的蛛絲馬跡。那麼,有人檢驗過汗水嗎?其實,汗水也是人體的代謝物,包含很多身體變化的資訊。而且,汗水可以即時快速獲得加以檢測。相較驗血,少了時間延遲的缺點。只是,要怎麼收集汗水來檢測呢? “驗汗”可以取代“驗血”嗎?

汗水檢測皮膚貼片的設計

乘著穿戴式裝置的風潮,醫療診斷的發展也朝穿戴式發展。現在有一種新型的貼片,不用穿和戴,用貼的。可以直接貼在皮膚上檢測汗水的內含物,用來診斷受測者是否患有囊腫纖維化

這款新式的皮膚貼片,是由美國辛辛那提大學的研究員開發出來的。最原先的研究,是希望發展這種貼片,來監測飛行員在出任務和受訓練時對疾病、飲食、藥物、外傷、壓力和其他身體狀況改變的反應。貼片有多層結構設計。最靠近皮膚的是一層有孔洞的黏著層,再上來一層有軟性電路板、天線、晶片,再上面一層有微流體層用來吸取汗水,最上層是貼片的外保護層。將貼片貼在皮膚上,可以吸取病患的汗水並將汗水傳遞至貼片上的軟性電路感測器。感測器量測到的結果資料再經由內建的天線傳送到智慧型手機,進一步做分析。貼片內的電子控制器,如同無線射頻識別(RFID)晶片,由外部給予電力運作。

汗水中有什麼可以檢測呢?

汗水中有什麼可以分析呢? 汗水中含有電解質,像是鈉、氯、鉀離子,濃度約每公升百萬分之一到十。對生物體而言,這樣的濃度算是相當高了。一個重要的例子就是應用在囊腫纖維化的診斷。健康的人,位於汗腺上方的細胞會吸收汗水內的鹽份。然而,囊腫纖維化的患者,這種細胞重新吸收鹽份的功能受損,患者的汗水會較正常人有更多的鹽份。所以,這種貼片可以藉由檢測汗水中的鈉和氯,來診斷囊腫纖維化。其實,檢測汗水並不稀奇,過去十幾年來,醫生早就用這種方法來診斷嬰兒的囊腫纖維化。1970年代始,就有研究利用汗水來監測體內的藥物程度。只是,過去沒有貼片,檢測汗水的流程,需要收集、運送,還要檢驗,整個過程甚至比驗血還複雜。所以並沒有被廣為使用。

除了檢測汗水,還要能夠發汗

了解到這裡,檢測汗水,看起來很有說服力。但是,人不是隨時隨地都會流汗啊!  為了要克服這個限制,這群研究員正在研究如何讓人體出汗。他們計畫用”離子電滲透法” (Iontophoresis),將低量電流施加在皮膚上,同時使用一種叫做”毛果芸香鹼(pilocarpine)”的藥物,來讓人體出汗。所以,這個貼片完整的運作流程,是先使受測者出汗,然後再檢測汗水內的電解質。

驗汗可能取代驗血,來檢測血糖嗎?

未來,這種貼片還可能分析汗水中的乳酸濃度,進而從乳酸濃度去找到血糖濃度。這之間的關聯性在於,乳酸是血糖無氧燃燒後的副產品。雖然現今量測血糖已經相當容易,但是利用汗水的乳酸來了解血糖,不用扎針滴血,也很即時,仍然有它的優點。另外,研究團隊也想發展到檢測其它的代謝物,像是肌酸酐和尿素。因為對於慢性腎臟病患來說,腎臟不能正常排出體內廢物,很多尿素是由汗水排出。

電子貼片技術很有潛力應用在其它疾病的檢測上,同時量測汗水中的電解質、代謝物和生物指標。現在流行開發穿戴式科技,醫療診斷又同時講求快速。電子貼片感測技術,正符合穿戴式同時又可以快速診斷疾病的方向。如果檢測汗水中的乳酸來計算血糖的研究成功,那麼,受測者只要貼上貼片,血糖資訊就可以即時傳到手機做紀錄,這比現在任何的血糖量測都要方便。

參考文章:IEEE Spectrum, Med Device Online
圖片來源:Kullez CC BY 2.0

 

 

 

 

 


作者簡介

BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。