随着可穿戴生物传感器的发展，汗液分析作为一种非侵入性生物液体监测手段，逐渐受到关注。汗液中的生化标志物，如乳酸和pH值，能够反映肌肉代谢状态和疲劳程度，提供运动和健康监测的重要信息。然而，传统的生化监测方法往往需要侵入性采样，限制了其在运动生理学中的应用。因此，开发一种能够实时、连续监测汗液成分的微流控可穿戴设备显得尤为重要。
近期，有研究人员开发了一种集成了比色计时器和生化检测装置的可穿戴微流控带，用于在不同运动强度下实时捕获汗液并测量pH值和乳酸浓度，为评估个人体能状况和肌肉疲劳程度提供了一种简单、无创的新方法。相关研究以“A skin-interfaced microfluidic platform supports dynamic sweat biochemical analysis during human exercise”为题目，发表在期刊《Science Translational Medicine》上。
本文要点：
1、开发了一种可穿戴微流控带，其集成了比色计时器和生化检测装置，能够在不同运动强度下实时捕获汗液并测量pH值和乳酸浓度。
2、通过银纳米等离子体测定法测量乳酸浓度，而染料缀合的二氧化硅纳米颗粒-琼脂糖复合材料支持动态pH分析。
3、研究发现工作肌肉区域的汗液pH随运动心率的增加而降低，与血液乳酸浓度呈负相关。而非工作肌肉区域的汗液pH与血液乳酸浓度无明显相关性。
4、对于经常锻炼的参与者，他们在运动过程中的汗液pH值和血液乳酸浓度相对稳定，而缺乏规律锻炼的个体在运动时其汗液pH值和血液乳酸浓度随运动强度的增加而分别呈现降低和升高趋势。
5、这种非侵入性的汗液监测方法具有简单、成本效益高的特点，为个人健康状况和体能评估提供了新的可能性。
本研究设计的可穿戴微流控带的关键特征包括：
1、非侵入性监测：通过分析汗液中的生物化学成分，实现对个体健康状况的监测，无需侵入性操作。
2、实时动态分析：能够在运动过程中实时捕获和分析汗水，提供连续的生化数据。
3、集成多种传感器：集成了多种色谱传感器，包括用于测量乳酸的银纳米等离子体传感器和用于pH值测定的染料缀合二氧化硅纳米颗粒传感器。
4、多部位适用：设计灵活，可穿戴于身体的多个部位，如手腕、前臂或脚踝，便于在不同场景下使用。
5、水密性接口：与皮肤接触部分采用特殊设计，确保水密性，防止汗液泄漏，提高监测准确性。
6、操作简便：无需额外的粘合剂或电源，减少了对皮肤的刺激风险，便于用户长期佩戴和使用。
7、低成本和易于普及：设计注重成本效益，便于推广应用，适用于各种健康监测和运动训练场景。
这种可穿戴微流控带通过测量汗液pH值和乳酸浓度，为健康管理提供了多种潜在应用：
1、运动表现监测：通过分析汗液中的乳酸浓度，可以评估个体在运动过程中的肌肉疲劳程度和能量代谢状态，从而指导运动员调整训练强度和恢复策略。
2、健康和健身追踪：定期监测汗液pH值和乳酸水平可以帮助了解个体的健康状况，包括水分平衡、代谢健康和身体对运动的适应性。
3、个性化训练计划：根据个人在运动中汗液生化标志物的变化，可以定制个性化的训练计划，以优化运动效果和减少受伤风险。
4、早期健康问题预警：持续监测汗液中的生化成分可能会揭示一些健康问题，如脱水、电解质失衡或代谢异常，从而实现早期干预。
5、糖尿病管理：虽然该技术主要针对乳酸和pH值，但未来可能扩展到监测其他生化标志物，如血糖水平，以帮助糖尿病患者管理他们的病情。
6、热应激和水合状态评估：汗液的pH值可能受到体内酸碱平衡和水合状态的影响，因此这种可穿戴设备可能有助于评估个体在高温环境下的热应激反应和水合需求。
图1.用于捕获汗液的微流体皮肤界面弹力带。
图2.麦芽糊精-碘复合物作为比色计时器。
图3.检测乳酸浓度的等离子体比色传感器。
图4.溴百里酚蓝缀合二氧化硅纳米粒子作为可逆比色pH传感器。
图5.在不同运动强度、采样位置和健身频率下评估汗液pH值和汗液乳酸，以监测个人健康状况。
图6.使用带比色计时器的多功能汗液微流控装置进行实时运动汗液生理学研究。
论文链接：https://doi.org/10.1126/scitranslmed.ado5366
