汗液：最具前景的無創檢測方法！

背景

血液，一直都被認為是診斷人體健康狀況的首選。例如，我們可以通過檢查血液中的血糖指標，判斷一個人是否患上糖尿病。可是，抽血檢查會不可避免地對人體造成創傷，往往還需要去醫院實驗室找專業技術人員才能開展。

現代醫院中進行血液檢查的化驗室（圖片來源：維基百科）

除血液之外，唾液、淚液、汗液中也含有生物標誌物，可作為一種不會造成創傷的檢查方式，用於檢查人體健康狀況、診斷疾病以及監測療效。今天，我們要著重關注的是汗液。

汗液由外分泌汗腺發源，由真皮管通過表皮輸送到皮膚表面，每一滴汗水之中都有0.2%-1%的溶質。這些溶質包含了各種離子、氨基酸、激素、蛋白質、多肽等分泌物，人們可以從中監測電解質失衡程度、乳酸指數、汗液葡萄糖水平、脫水狀況以及卡路里燃燒值。

手臂上的汗珠（圖片來源：維基百科）

令我們吃驚的是，汗液中竟然含有這麼多重要的生物標誌物。分析汗液，不僅可以幫助我們了解到身體的運動狀況、水分狀況和肌肉疲勞度，還可以輔助診斷一些疾病。例如，汗液中的鹽濃度可能會與囊包性纖維症有關；汗液中的pH值可能會與皮膚病或糖尿病有關。

汗液，不僅像血液一樣富有大量的有用信息，而且與唾液和淚液相比，其中的化學指標更適合健康監測。相對於血液檢查（一次檢查只能獲取一個時間點的數據）來說，汗液檢測不僅無創，還可以隨著時間推移持續獲取生物標誌物的數據。

之前，筆者曾經介紹過一些與汗液相關的感測器以及可穿戴設備：

案例一：美國西北大學開發的柔性微流體設備，可以方便地貼在皮膚上，測量佩戴者的汗液成分，從而監測身體對於運動的反應和健康狀況。

（圖片來源：John A. Rogers / 西北大學）

案例二：荷蘭埃因霍溫大學開發的一款柔性汗液感測器，利用類似自然界中植物的「泵」結構來汲取汗液，不需要額外的外部能量供應。

(圖片來源：埃因霍溫科技大學)

案例三：美國加州大學伯克利分校開發的一款可穿戴的柔性感測器 ，可實時監測汗液里的生化指標 ，更完整地實時監測我們的健康狀況。

(圖片來源：加州大學伯克利分校)

案例四：韓國首爾基礎科學研究院開發的一款柔性石墨烯腕帶，可以通過感測器檢測患者汗液溫度和PH值，從而分析出血糖水準，並無線發送至移動設備。然後，移動設備再根據血糖數據，計算出給藥量。如果發現血糖水準偏高，腕帶裡面的加熱器就開始加熱分解塗層，達到41度，微型針則開始暴露出，釋放二甲雙胍的藥物，以降低血糖水平。

(圖片來源：Hui Won Yun, 首爾大學)

創新

近日，美國辛辛那提大學教授 Jason Heikenfeld 領導的科研團隊通過一些微型的攜帶型感測器，檢查了唾液、淚液、汗液以及其他生物液體在檢查人體健康狀況方面的潛力，得出結論：汗液在無創檢測方面最具前景。因為，汗液不僅可以提供與血液類似的信息，而且其分泌率可以被控制和測量。

（圖片來源：Andrew Higley/UC Creative Services）

相關論文發表在《自然生物技術（Nature Biotechnology）》雜誌上。

技術

Heikenfeld 教授在論文中指出：科學家們在人體健康檢測方面有著四波探索的浪潮。

（圖片來源：參考資料【2】）

第一波：醫生開始採用會造成創傷的方式採集血樣，並將血樣送至實驗室檢查，這種檢查不僅耗時而且耗費人力。可是，這種方式直到如今還在使用。

第二波：上世紀80年代開始，科研人員們開始採用「床邊檢測」，或稱「即時檢測」的方式。這種方式讓醫生可以立即獲得結果，而不用將樣本再送至實驗室。醫生可以採用微型攜帶型設備在患者身旁進行實時檢測。

第三波：採用可穿戴設備進行持續、實時地監測人體健康狀況。這些設備隨著時間變化獲取數據，將幫助醫生實時追蹤患者的健康發展趨勢，而不是只依賴單次檢查結果。

第四波：科學家們最終將採用植入式醫療設備展開長期的診斷和監測，但是這要求科研人員們必須創造出十分健壯的感測器，可以隨著更長時間變化而提供更加精準的信息。這種技術將極具挑戰性，因為這些感測器的性能可能會發生變化，無法在人體內長久地保持高效工作。

辛辛那提大學工程與應用科學學院 Heikenfeld 教授在他的創新設備實驗室領導團隊展開的研究，就處於第三波的探索浪潮中。

（圖片來源：Joseph Fuqua II/UC Creative Services）

在實驗室中，Heikenfeld 和他的學生們一直在創造新型感測器，它的基礎是如同創可貼大小的可穿戴貼片。這種感測器甚至可以在病人處於涼爽和休息的狀態下刺激他的汗液分泌。此外，這些感測器還可以測量特定的生物標記物，幫助醫生判斷特定藥物療法的效果。還有，這些感測器可以被定製，用於測試從藥物到水分再到荷爾蒙的任何指標。

去年，該實驗室創造出世界上首個可以持續監測健康狀況的汗液感測器，它可以在汗液中記錄健康信息，就像好幾代的醫生們在血液中檢查到的信息一樣。這是一項具有里程碑意義的突破，因為這使得醫生可以隨著時間推移追蹤病人健康狀況，來判斷病人的健康狀況是變得更好還是更壞。而且，他們是通過一種無創的方式，將微型貼片貼到皮膚上，一次刺激汗液分泌達24小時。

（圖片來源：Joseph Fuqua II/UC Creative Services）

去年12月份，Heikenfeld 和他的學生們將他們的最新實驗成果發表在《晶元實驗室（Lab on a Chip）》雜誌上。這項研究追蹤了受試者代謝乙醇的情況，並得出結論：汗液在測量身體內的藥物情況時，能提供與血液幾乎相同的信息。

價值

這種新型感測器有望徹底改變我們監測疾病與健康狀況的方式，為我們提供更加個性化的治療。研究人員們已經與一些工業合作夥伴（例如Assurex Health、Enable Injections、Eccrine Systems）展開合作，將這項技術變為商用產品。

Heikenfeld 表示：「對於藥物治療來說，我們能夠採用汗液精準地測量血液中的藥物濃度。這一點很重要，因為一旦我們可以測量血液中的藥物濃度，我們就可以研究藥物劑量的設定。目前，藥物劑量的設定有點像採用石器時代的方法。」

論文合著者、計算機生物學家 Tongli Zhang 表示，諸如此類的設備將幫助醫生提供個性化的醫療照護。他說：「你不能讓小孩和成人服用同樣的藥物劑量。同樣地，我們會根據患者的體重來指定藥物劑量。但是，某些患者可能會有肝或腎衰竭，而其他一些患者對於藥物的新陳代謝速度可能會快10倍。所以，同樣劑量對於某些患者來說可能會起不到作用，而對於另外一些患者來說是有毒的。」

Zhang 表示，持續工作的感測器能從根本上改變目前的醫療方式。他說：「個性化的藥物治療正在變得越來越重要。我們意識到它很重要。如果我們可以了解到身體中正在發生著什麼，我們就可以相應地調整醫療。」

關鍵字

汗液、醫療、可穿戴、感測器

參考資料

【1】https://www.uc.edu/news/articles/2019/03/n2074289.html

【2】Jason Heikenfeld, Andrew Jajack, Benjamin Feldman, Steve W. Granger, Supriya Gaitonde, Gavi Begtrup, Benjamin A. Katchman. Accessing analytes in biofluids for peripheral biochemical monitoring. Nature Biotechnology, 2019; DOI: 10.1038/s41587-019-0040-3

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