研究人員利用3D打印開發(fā)可通過汗液追蹤疾病的體外監(jiān)測(cè)器

2024年6月21日，南極熊獲悉，華盛頓州立大學(xué)研究人員開發(fā)的3D打印可穿戴健康監(jiān)測(cè)器可通過汗液追蹤疾病風(fēng)險(xiǎn)。這種簡(jiǎn)單、非侵入性的體外監(jiān)測(cè)技術(shù)，可用來追蹤健康狀況并診斷常見疾病，如糖尿病、痛風(fēng)、腎病或心臟病。

△汗液可以提示潛在的健康狀況

華盛頓州立大學(xué)博士生，論文第一作者Chuchu Chen說：“糖尿病是一個(gè)世界性的大問題。我認(rèn)為3D打印可以改變醫(yī)療保健領(lǐng)域，我想看看我們是否可以將3D打印與疾病檢測(cè)方法結(jié)合起來，創(chuàng)造出這樣的設(shè)備�！�

△該研究已發(fā)表在《ACS Sensors》雜志上，題目為“用于原位汗液分析和生物標(biāo)志物檢測(cè)的3D打印柔性微流體健康監(jiān)測(cè)器”（傳送門）

汗液可以提示潛在的健康狀況

汗液中含有許多重要的代謝物，可以反映健康狀況。與血液采樣不同，汗液采樣非侵入性。例如，汗液中的尿酸水平可以顯示患痛風(fēng)、腎病或心臟病的風(fēng)險(xiǎn)；葡萄糖水平可用于監(jiān)測(cè)糖尿�。蝗樗崴�平則可顯示運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。

西悉尼大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院助理教授Kaiyan Qiu指出：“出汗率也是人們健康的一個(gè)重要參數(shù)和生理指標(biāo)�！�

然而，研究人員指出，汗液中這些化學(xué)物質(zhì)的含量極少，難以測(cè)量。盡管已開發(fā)出其它汗液傳感器，但它們復(fù)雜且需要專門設(shè)備和專業(yè)知識(shí)制造，同時(shí)必須具備柔韌性和伸縮性。

為了驗(yàn)證這一概念，研究人員采用了3D打印技術(shù)，利用獨(dú)特的一體成型制造工藝，制造了一款健康監(jiān)測(cè)器。同時(shí)，他們利用單原子催化劑和酶促反應(yīng)增強(qiáng)了信號(hào)，可以測(cè)量低水平的生物標(biāo)記物。監(jiān)測(cè)器上的三個(gè)生物傳感器會(huì)隨著生化水平的變化而改變顏色。

△3D打印開發(fā)體外監(jiān)測(cè)設(shè)備示意

西悉尼大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院研究教授Annie Du指出：“使用單原子催化劑來提高健康監(jiān)測(cè)儀的靈敏度和準(zhǔn)確性，這是一個(gè)非常新穎的方法�！�

3D打印健康監(jiān)測(cè)器，由微小的通道組成，用于測(cè)量汗液的產(chǎn)出率和生物標(biāo)志物的濃度。這些微通道是通過3D打印技術(shù)制造的，因此無需額外支撐結(jié)構(gòu)，避免了支撐結(jié)構(gòu)在移除時(shí)可能引起的污染問題。

研究人員將志愿者手臂上的監(jiān)測(cè)器與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，他們的監(jiān)測(cè)器能夠準(zhǔn)確可靠地測(cè)量化學(xué)物質(zhì)的濃度和出汗率。

△3D打印的體外健康監(jiān)測(cè)器，具有良好的柔性和拉伸強(qiáng)度

3D打印在疾病監(jiān)測(cè)技術(shù)中前景

目前，研究人員僅選擇了三種生物標(biāo)志物進(jìn)行測(cè)量，未來，他們還可以增加更多的生物標(biāo)志物，而且這些生物標(biāo)志物還可以定制。

研究人員目前正在努力進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)備的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。他們還希望將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。西悉尼大學(xué)商業(yè)化辦公室還提交了一份臨時(shí)專利申請(qǐng)，以保護(hù)與該技術(shù)相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

這項(xiàng)工作得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、美國(guó)疾病控制和預(yù)防中心以及啟動(dòng)資金的資助。