高伟设计的可穿戴传感器创新之处在于这种特殊条件形成的聚合物能与一种材料结合在一起,该材料在接触人体汗液时,在施加电压下会被氧化或者还原。只要这些谷氨酰胺形状的小孔处于打开状态,汗液就会接触到传感器内层,并产生电信号。但当谷氨酰胺分子与聚合物接触时,就会进入孔状结构中。
当这些小孔被谷氨酰胺分子堵住,能接触到内层汗液就会变少,相应的电信号也会变弱,通过监测电信号变化情况,研究人员可以推断人体汗液中含有多少谷氨酰胺,谷氨酰胺越多,信号越弱,谷氨酰胺越少,信号则越强。
高伟说:"这种独特策略使我们能检测出人体所有9种必需氨基酸和多种维生素,我们可以持续监测,与抗体不同的是,传感器中的聚合物可以很容易被'清洗',通过应用微弱的电信号来破坏目标分子或者清空它所在的孔。"
该传感器第二个创新是微流体应用,这是一种利用不足0.25毫米直径的微小通道操纵少量流体的技术,微流体技术允许传感器在有微量汗液存在的情况下工作。
高伟指出,人体可以使用人工刺激的方式使药物分子通过电流排出体外,但之前的传感器需要更多的汗液,因此需要更多的电流,这可能会让使用者感到不舒服,由于微流体和使用不同类型的药物,新型传感器仅需要较少的人体汗液,同时需要产生汗液的电流可能非常小。

一个谷氨酰胺分子正在滑入专门为其设计的洞状结构中,这类似于伊藤润二( Junji Ito)创作漫画《阿弥壳断层之怪》中的情节。
高伟说:"这种微流体设计允许我们使用较少的电流,我们可以使用几十微安电流在几分钟的刺激作用下,产生相当于4-5小时产生的汗液。迄今为止,这种传感器技术已在实验室环境下的人体试验中进行测试,我们希望未来进行更大范围的测试应用。"
该方法能检测到一些新的关键营养物质和代谢物,这样我们可以监测自己吃食物的时候,观察摄入营养物质的变化,它不仅监测营养物质,还能监测体内激素和药物水平,还可以对多种健康状况进行持续监测。
目前,这篇名为《可监测代谢物和营养物质的可穿戴电化学生物传感器》的文章发表在8月15日出版的《自然生物医学工程杂志》上。










