导读

近期，中科院半导体研究所王丽丽研究员团队开发了一种可穿戴的多模态生物芯片，集成了先进的电化学电极和多功能微流控通道，可以同时定量多种汗液指标，包括苯丙氨酸和氯化物，以及汗液速率。相关研究以“Interindividual- and blood-correlated sweat phenylalanine multimodal analytical biochips for tracking exercise metabolism”为题发表在《Nature Communications》上。

本文要点：

1、本研究提出了一种可穿戴的多模态生物芯片，它集成了先进的电化学电极和多功能微流控通道，可以同时定量化多种汗液指标，包括苯丙氨酸和氯化物，以及出汗率。

2、这种综合测量方法揭示了个体间汗液苯丙氨酸水平和汗液速率之间的负相关性，进一步可以识别处于高代谢风险的个体。

3、通过追踪运动过程中蛋白质摄入引起的苯丙氨酸波动，并通过汗液速率对浓度指标进行归一化以减少个体间变异性，本研究展示了一种用于分析汗液-血液苯丙氨酸水平的可靠方法，以进行个人健康监测。

全文总结/概括：

该研究开发的可穿戴多模态生物芯片具有以下特点：

1、集成先进的电化学电极和多用途微流体通道。

2、同时定量多种汗液指标，包括苯丙氨酸和氯化物以及出汗率。

3、能够揭示不同个体的汗液苯丙氨酸水平与出汗率之间的负相关性，从而识别代谢风险高的个体。

4、跟踪运动过程中蛋白质摄入引起的苯丙氨酸波动，并根据出汗率对浓度指标进行归一化处理，以减少个体间的差异。

5、采用可靠的方法对汗液-血液苯丙氨酸水平进行关联分析，以监测个人健康状况。

这些功能使该生物芯片能够全面、实时地了解运动过程中的代谢状况和健康状况。

利用出汗苯丙氨酸水平追踪运动代谢和评估代谢风险的潜在应用包括：

1、识别代谢高风险人群：汗液苯丙氨酸水平与出汗率之间的负相关性有助于识别代谢高风险人群，从而实现个性化健康监测。

2、监测运动期间的蛋白质摄入量：跟踪运动过程中蛋白质摄入引起的苯丙氨酸波动，可实时评估蛋白质代谢及其对代谢状态的影响。

3、评估运动引起的氨基酸流失：通过量化汗液中的苯丙氨酸水平和出汗率，可以评估运动引起的氨基酸流失，从而了解代谢状况和潜在的营养补充需求。

4、了解代谢机制：分析汗液中苯丙氨酸水平与运动代谢的关系有助于了解汗液中苯丙氨酸的分配和分泌机制，从而加深对体育锻炼期间代谢过程的理解。

总之，利用汗液苯丙氨酸水平追踪运动代谢和评估代谢风险的应用多种多样，有助于个性化健康管理、运动优化和营养干预。

图1.通过汗液分析评估运动代谢风险和血清相关性的可穿戴多模态生物芯片示意图。

图2.用于检测Phe的E-MIP传感器的表征。

图3.用于汗液采样的多功能微流体的设计和表征。

图4.用于动态运动汗液分析和评估的可穿戴多模态生物芯片的人体评估。

图5.用于评估血清水平和蛋白质饮食摄入影响的原位汗液Phe分析。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-44751-z