汗液传感器检测压力水平可能会在太空探索中找到用处

加州理工学院医学工程学助理教授高伟(Wei Gao)开发了一种无线汗液传感器,该传感器可以准确检测皮质醇的水平,皮质醇是一种天然化合物,通常被认为是人体的压力荷尔蒙。在发表在《物质》杂志上的一篇新论文中,高和他的研究人员展示了他们如何设计和制造可大规模生产的装置以及其工作原理,并证明了该装置可有效地近乎实时地检测皮质醇水平。

如果有人问你现在有多压力,你会说什么?一点?很多?你不知道?

汗液传感器检测压力水平可能会在太空探索中找到用处

这些都是有效的响应,但是对研究人员和医学专业人员而言,它们不是特别有用,因为它们是主观的并且不容易量化。尽管如此,代替一种更好的压力测量方法,多年来常用的方法包括一个压力调查表。问卷的主要替代方法是验血,它可以提供定量数据,但需要训练有素的专业人员才能抽血,而过程本身的压力(用大针戳戳)可能会使很多人的研究结果产生偏差。

但是更好的事情可能就在眼前。

加州理工学院医学工程学助理教授高伟(Wei Gao)开发了一种无线汗液传感器,该传感器可以准确检测皮质醇的水平,皮质醇是一种天然化合物,通常被认为是人体的压力荷尔蒙。在发表在《物质》杂志上的一篇新论文中,高和他的研究人员展示了他们如何设计和制造可大规模生产的装置以及其工作原理,并证明了该装置可有效地近乎实时地检测皮质醇水平。

廉价而精确的皮质醇测量装置的开发,可以更广泛,更轻松地监测压力,还可以监测包括焦虑症,创伤后应激障碍和抑郁症在内的其他疾病,所有这些都与皮质醇水平的变化有关。

Gao开发的传感器使用与他最近创建的另一种汗液传感器相似的方法制备,该传感器可以测量血流中的尿酸水平,这对于监测心血管疾病,糖尿病或肾脏疾病等疾病非常有用。该汗液传感器以及高和他的团队创造的新传感器都由石墨烯制成,石墨烯是一种片状碳。用激光蚀刻塑料片,以生成具有细孔的3-D石墨烯结构,可以在其中分析汗液。这些孔在传感器中产生了大量的表面积,这使其灵敏度足以检测出汗液中仅微量存在的化合物。在新的传感器中,那些微小的孔与抗体(一种对皮质醇特别敏感的免疫系统分子)结合,因此可以检测化合物。传感器以两种不同的方式进行了测试。在一项测试中,在六天的时间内对志愿者的汗液进行了分析,并收集了代表皮质醇水平的数据。在健康的个体中,皮质醇水平每天都会上升和下降。在每个人早晨醒来并在一天中下降之后,该水平便达到峰值,而这正是传感器检测到的。

高说,这是一种传感器的首次演示,该传感器可以无创地监测皮质醇的每日波动,并补充说,监测患者的每日皮质醇周期可以揭示精神健康状况的存在。

他说:“抑郁症患者的昼夜节律性皮质醇与健康个体不同。”“对于PTSD患者,则是另一回事。”

在另一项测试中,记录皮质醇水平的变化,因为它们是对急性应激源的反应。这是通过两个实验完成的。首先,要求测试对象进行有氧运动,因为众所周知,剧烈运动会导致皮质醇大量增加。在第二个实验中,测试对象被要求将手浸入冰水中,该压力足以引起皮质醇释放。在两个实验中,传感器都立即检测到皮质醇水平升高。

“我们的分析时间可能只有几分钟,”高说。“通常,验血至少需要一到两个小时,并且需要诱导压力的血液抽取。对于压力监测,时间非常重要。”

尽管高的传感器可能会在地球上的典型医疗应用中找到许多用途,但它也正在针对潜在的非现实应用进行审查。10月,美国国家航空航天局(NASA)宣布,高(Gao)是入选参加深空任务人类健康研究的六名研究人员之一。作为该计划的一部分,Gao将获得资金,将传感器技术开发成一个用于监视宇航员压力和焦虑的系统,该系统由太空健康转化研究所(TRISH)管理。

“我们的目标是开发一种可收集多模态数据(包括生命体征和分子生物标志物信息)的可穿戴系统,以获得对深空压力和焦虑的准确分类,” Gao说。

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