研究人员开发了一种可穿戴式非侵入性传感器，可以监测佩戴者汗液中炎症的生物标志物。 他们表示，患有慢性炎症疾病的人可以在家中使用该设备。炎症与一系列精神和身体疾病有关，包括全球三大杀手：缺血性心脏病、中风和慢性阻塞性肺病 (COPD)。
虽然急性炎症反应是人体抵抗感染和加速愈合的自然方式，但长期或慢性炎症可能会导致不可逆的组织损伤。而能够快速、轻松地检测炎症是治疗的关键。 测量血液中 C 反应蛋白 (CRP) 的水平通常用作炎症的生物标志物，但需要复杂的实验室设备和人员来分析血液样本。
现在，加州理工学院的研究人员开发了一种新型可穿戴传感器，称为 InflaStat，通过测量人体汗液中的 CRP 水平来无线、无创地监测炎症。
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研究人员在开始制造他们的第一个汗液分析传感器之前必须克服一些障碍。主要难题是CRP比其他分子更难检测，它在血液中的浓度比其他生物标志物低得多，而且它的分子更大，这意味着将它们从血液中分泌到汗液中更加困难。
“这些是以前阻止人们进行可穿戴 CRP 传感的主要问题，”该研究的通讯作者高伟说。 “我们需要高灵敏度来自动监测皮肤上极低浓度的 CRP。”
InflaStat 由激光雕刻的石墨烯制成，石墨烯含有微小的孔，可形成较大的表面积。 这些孔含有与 CRP 结合的抗体和称为氧化还原分子的特殊分子，能够在某些条件下产生小电流。 传感器结构中融入了金纳米颗粒，每个纳米颗粒都携带一组独立的 CRP 检测抗体。
当佩戴者汗液中的 CRP 分子进入传感器时，它们会附着在检测器抗体和石墨烯孔中的抗体上。 然后纳米颗粒附着在石墨烯上并触发氧化还原分子产生电流，该电流由附着在传感器上的电子元件读取。
由于每个金纳米粒子都含有许多检测抗体，因此信号（非常小）被放大得远远超过单个 CRP 分子产生的信号。
研究人员在健康参与者、慢性阻塞性肺病患者和从新冠病毒感染中康复的参与者身上测试了 InflaStat。 他们发现该传感器佩戴舒适，并且可以无创、无线地获取炎症生物标志物信息。 数据实时显示在定制的智能手机应用程序上。 正如预期的那样，慢性阻塞性肺病患者和新冠病毒感染后患者的 CRP 水平显着高于健康参与者。 研究人员发现，该传感器可以准确检测汗液中与血液水平相关的 CRP 水平。
研究人员表示，他们的研究结果表明，他们的传感器可用于无创、家庭监测炎症性肠病或慢性阻塞性肺病等慢性疾病。 更重要的是，他们表示它可以适用于测试其他痕量水平和疾病相关的生物标志物。
“这是一个通用平台，可以让我们监测体液中极低水平的分子，”高说。 “我们希望扩展这个平台来监测其他临床相关的蛋白质和激素分子。 我们还想看看这是否可以用于慢性病管理。 炎症对许多患者来说意味着风险。 如果能够在家对他们进行监测，就可以识别他们的风险，并及时给予治疗。”
该研究发表在《自然生物医学工程》杂志上，下面由加州理工学院制作的视频展示了传感器如何检测 CRP。
