與可穿戴電子設(shè)備、遠(yuǎn)程醫(yī)療和醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的概念相結(jié)合，可穿戴傳感器能夠跟蹤不同的生物物理活動(dòng)，如脈搏、體溫和呼吸頻率，從而具有實(shí)時(shí)跟蹤人體健康的特點(diǎn)，不會(huì)引起任何不適或干擾常規(guī)活動(dòng)，因此提高了穿戴者的自我監(jiān)測(cè)依從性和病人的醫(yī)療質(zhì)量。與專注于從生物物理參數(shù)得出的生命體征的可穿戴傳感器相比，可穿戴生化汗液或傷口滲出物傳感器可以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)個(gè)人的生理汗液或傷口滲出物生物標(biāo)志物，能夠在分子水平上提供獨(dú)特的、幾乎不可替代的對(duì)用戶健康狀態(tài)的洞察力。

全集成設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)全部功能，但不需要外部配件，被譽(yù)為現(xiàn)代設(shè)備設(shè)計(jì)和開發(fā)的最理想和最終目標(biāo)之一。將全集成概念引入可穿戴生化傳感，全集成可穿戴生化傳感器能夠在分子水平上對(duì)生物標(biāo)志物進(jìn)行無線、無創(chuàng)、連續(xù)和多重的現(xiàn)場(chǎng)追蹤，用于日常的潛在健康狀況評(píng)估和管理。然而，目前還沒有相關(guān)研究實(shí)現(xiàn)雙功能全集成可穿戴平臺(tái)的構(gòu)建，其用于動(dòng)態(tài)現(xiàn)場(chǎng)健康監(jiān)測(cè)和個(gè)性化干預(yù)的情況也沒有被研究。通過這種通用雙功能全集成可穿戴平臺(tái)對(duì)表皮汗液或傷口滲出物進(jìn)行體外原位監(jiān)測(cè)是具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)檫@兩種生物基質(zhì)之間的生理環(huán)境存在著顯著差異，這很可能導(dǎo)致對(duì)同一生物標(biāo)志物的不同信號(hào)漂移。

基于此，來自東北師范大學(xué)的研究人員提出了一種單一的雙功能完全集成的可穿戴追蹤器，用于多種表皮汗液或傷口滲出物生物標(biāo)志物的無線、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。

圖1 雙功能完全集成可穿戴跟蹤器示意圖，用于原位表皮汗液和傷口滲出多種生物標(biāo)志物的多路復(fù)用和無線監(jiān)測(cè)

考慮到汗液或傷口滲出物中的電解質(zhì)（如Na?、K?和H?）和代謝物（如尿酸（UA））水平可能與健康或傷口狀況相關(guān)，研究人員通過微流控、傳感和電子模塊的無縫集成，對(duì)受試者運(yùn)動(dòng)時(shí)汗液中的Na?、K?、pH和UA水平等生物標(biāo)志物以及受試者傷口愈合期間的傷口滲出物進(jìn)行動(dòng)態(tài)和皮膚追蹤。通過富含嘌呤的攝入測(cè)試，對(duì)其在高尿酸血癥/健康受試者中的無創(chuàng)高尿酸血癥管理的適用性進(jìn)行了評(píng)估，并通過對(duì)照醫(yī)療處理對(duì)受試者感染的傷口進(jìn)行了管理。

圖2 雙功能全集成可穿戴跟蹤器微流控模塊的設(shè)計(jì)與表征

圖3 雙功能全集成可穿戴跟蹤器的驗(yàn)證，用于動(dòng)態(tài)現(xiàn)場(chǎng)汗液監(jiān)測(cè)和潛在的無創(chuàng)性高尿酸血癥管理

圖4 雙功能全集成可穿戴跟蹤器的驗(yàn)證，可用于身體表面?zhèn)诘脑粷B出液監(jiān)測(cè)和潛在傷口管理

總體而言，作為一種可穿戴的生物電子裝置，研究人員所提出的雙功能全集成可穿戴追蹤器具有一系列優(yōu)勢(shì)：（i）與包含有限模塊（如單獨(dú)的微流控或傳感模塊）的普通非集成裝置相比，雙功能全集成可穿戴追蹤器具有更強(qiáng)的實(shí)用性。（ii）所提出的完全集成的可穿戴追蹤器的獨(dú)特的雙功能能力允許使用一個(gè)而不是兩個(gè)傳感器對(duì)原始表皮汗液和傷口滲出物這兩種不同的生物液體進(jìn)行相同的生物標(biāo)志物分析，這簡(jiǎn)化了雙功能可穿戴傳感器的設(shè)計(jì)。（iii）通過一個(gè)雙功能全集成的可穿戴追蹤器同時(shí)測(cè)量汗液或傷口滲出物的Na?、K?、pH值和UA，可以獲得全面的、豐富的、重要的人體或傷口狀態(tài)的信息，而這些信息是汗液或傷口滲出物中的一些物種無法提供的。（iv）專門設(shè)計(jì)的微流控模塊具有高效的體表生物流體采樣、存儲(chǔ)和排泄等多種功能，確保在傳感模塊內(nèi)進(jìn)行高效的動(dòng)態(tài)原位多重表皮原汗和傷口滲出物分析。（v）采用具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)（如均勻和高度有序的孔徑、大比表面積、介孔結(jié)構(gòu)和高密度的缺陷位點(diǎn)）的HOMC作為傳感模塊內(nèi)的UA傳感器的電極材料，誘發(fā)了特殊的電化學(xué)反應(yīng)性，因此可以對(duì)原表皮汗液和傷口滲出物做出高度敏感和選擇性的UA反應(yīng)。（vi）生物流體的UA監(jiān)測(cè)很重要。血清UA被認(rèn)為是高尿酸血癥的關(guān)鍵生物標(biāo)志物之一，而高尿酸血癥是痛風(fēng)、冠心病、中風(fēng)和高血壓的危險(xiǎn)因素。與傳統(tǒng)的有創(chuàng)血清UA監(jiān)測(cè)相比，由雙功能全集成可穿戴追蹤器提供的無創(chuàng)方案以汗液UA為生物標(biāo)志物提供了一個(gè)更方便的途徑。在可穿戴汗液UA監(jiān)測(cè)中首次引入Na?和K?共同輔助的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，使原始汗液UA測(cè)量和無創(chuàng)高尿酸血癥管理的準(zhǔn)確性得到極大的提高。傷口滲出物UA被認(rèn)為是衡量傷口嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)。首次將pH值輔助實(shí)時(shí)校準(zhǔn)納入可穿戴傷口滲出物UA分析，使原始傷口滲出物UA監(jiān)測(cè)具有較高的準(zhǔn)確性，并很可能相應(yīng)地導(dǎo)致有效的傷口管理。這些優(yōu)勢(shì)的結(jié)合，使這種雙功能完全集成可穿戴追蹤器在無創(chuàng)的定制化健身、個(gè)性化診斷和定制化治療方面具有非常強(qiáng)大的應(yīng)用前景。