在《自然生物技术》杂志上发表的一篇新论文中，医学工程助理教授高伟领导的研究人员描述了一种可大规模生产的可穿戴传感器，该传感器可以通过分析人的汗液来监测血液中代谢物和营养物的水平。以前研发的汗液传感器主要针对如电解质、葡萄糖和乳酸盐等高浓度的化合物。研究人员说，高的汗液传感器比目前的设备更灵敏，除了更容易制造之外，还能检测浓度低得多的汗液化合物。
这种传感器的发展将使医生能够持续监测患有心血管疾病、糖尿病或肾病等疾病的患者的状况，所有这些疾病都会导致血液中营养物或代谢物水平异常。让医生更好地了解患者的病情，同时避免皮下注射针头的侵入性和疼痛性接触，对患者会有好处。
“这种可穿戴的汗液传感器有潜力快速、连续、无创地捕捉分子水平的健康变化，”高说。"它们可以实现个性化监控、早期诊断和及时干预."
高的工作集中在开发基于微流体的设备上，微流体是操纵微量液体的技术的名称，通常通过宽度不到四分之一毫米的通道。微流体是这类应用的理想选择，因为它们将汗液蒸发和皮肤污染对传感精度的影响降至最低。当新供应的汗液流经微通道时，该装置可以对汗液进行更精确的测量，并可以捕捉浓度的时间变化。
高和他的同事说，到目前为止，基于微流体的可穿戴传感器大多是用光刻蒸发工艺制造的，这需要复杂而昂贵的制造工艺。相反，他的团队选择用石墨烯制造生物传感器，石墨烯是一种片状碳。石墨烯传感器和微小的微流体通道都是用二氧化碳激光雕刻塑料薄片而成的，这种设备现在非常普遍，家庭爱好者都可以使用。
研究小组选择让他们的传感器测量呼吸频率、心率以及尿酸和酪氨酸的水平。选择酪氨酸是因为它可以作为代谢紊乱、肝病、饮食紊乱和神经精神疾病的指标。选择尿酸是因为在升高的水平上，它与痛风有关，痛风是一种疼痛的关节疾病，在全球范围内呈上升趋势。痛风发生在体内高尿酸水平开始在关节处结晶时，特别是脚的关节处，引起刺激和炎症。
为了观察传感器的性能，研究人员对健康的个人和病人进行了一系列测试。为了检测受一个人身体健康影响的汗酪氨酸水平，他们使用了两组人:训练有素的运动员和一般健康的人。不出所料，传感器显示运动员汗液中酪氨酸含量较低。为了检查尿酸水平，他们带了一组健康的人群，在禁食时和吃了富含嘌呤的食物后监测他们的出汗情况，嘌呤是食物中的化合物，代谢成尿酸。传感器显示餐后尿酸水平上升。高的团队也对痛风患者进行了类似的测试。传感器显示，他们的尿酸水平远高于健康人群。
为了检查传感器的准确性，研究人员还从痛风患者和健康受试者身上抽取血样。传感器对尿酸水平的测量与血液中化合物的水平密切相关。
高说，传感器的高灵敏度，以及它们容易制造，意味着它们最终可以被家庭患者用来监测痛风、糖尿病和心血管疾病。拥有准确的实时健康信息甚至可以让患者根据需要调整自己的药物水平和饮食。
