汗液含有多种生化标记,汗液PH值的变化可以告诉我们很多健康信息。日前,新加坡国立大学的一组研究人员设计出了一种可穿戴健康监测产品的附加组件,可以通过汗液来了解用户的健康状况。这种新型的汗液pH值监测器可以很容易地集成到现有的健身追踪器或智能手表中,而且成本非常低,能够连续测量和监控用户汗液的酸碱度、心率和氧气浓度。从而让用户享受24小时、个性化和非侵入性的健康评估。


出低功耗、低成本汗液PH传感器,让健康追踪可穿戴设备更强大

研究团队将定制的pH传感器(中间)和pH传感算法集成到现有的具有脉搏血氧计功能的智能手表中


目前大多数健身追踪器和智能手表都可以测量心率、血氧饱和度、步数甚至睡眠周期等健康指标,但它们无法在分子水平上追踪健康指标。所以研究团队创建了pH监测器,因为汗液很容易获取,它由一系列生物化学标记组成,可用于非侵入性式的监测个体的健康。


汗液的pH值能告诉我们什么?


pH,即氢离子浓度指数,pH值从0到14表示一种物质的酸碱性。pH值为7是中性,而pH值小于7是酸性,大于7是碱性。


汗液pH值的变化可以告诉我们身体是否脱水,并有助于诊断皮肤状况。健康皮肤的pH值通常为5.5,当身体脱水时,汗液中的钠含量会增加,从而导致PH值升高。平衡的pH值对皮肤健康也很重要,如果我们的皮肤太酸或太碱,就会出现皮炎和痤疮等皮肤问题。


在糖尿病患者中,汗液的pH值可以作为其他危及生命疾病的良好指标,例如,过度出汗和夜间出汗时的高汗液pH值,可能是由长时间的低血糖引起的,需要进行医疗干预。


pH值手表的工作原理


出低功耗、低成本汗液PH传感器,让健康追踪可穿戴设备更强大

pH值手表工作原理

新加坡国立大学的研究人员发明的pH值监测器利用了现有的脉搏血氧仪芯片,可集成到现有的健身追踪器和智能手表上。


脉搏血氧计由位于皮肤和设备之间的红色光和红外光传感器组成。脉搏血氧计向使用者的皮肤发射可见的红色光和不可见的红外光,并通过计算两种光的波长差来确定血液中的氧含量。在医院里,它们通常夹在病人的食指上,用来测量和监测病人的血氧饱和度。


这种汗液传感器能与脉搏血氧仪很好地配合使用,它由一种特殊材料——聚苯胺聚合物制成,这种材料与不同pH值汗液接触时会变色。这些颜色的变化是为了配合脉搏血氧计的记录功能而设计的。通过将这种定制的pH传感器和pH感应算法集成到已经具有内置脉搏血氧仪的健身追踪器或智能手表中,改造后的PH健康监测手表可以同时实时监测使用者汗液pH值、心率和血液氧饱和度,准确度约为90%。


据悉,聚苯胺聚合物是一种廉价、耐用但非常灵活的材料。它与皮肤非常贴合,可以添加到任何带有脉搏血氧计功能的智能手表上,从而实现对汗液pH值的连续测量。在日常使用中,这种传感器也可以重复使用一年以上。


而且,这种pH值表的工作效率非常高,只需要20KB的随机存取存储器(RAM)来处理数据。它也非常省电,pH传感器是无源的,不需要电源,而pH感知算法使用的电量不到智能手表总功耗的0.01%。


pH传感器可以很容易地安装在任何带有脉搏血氧计的可穿戴设备上。可以采用任何形式佩戴,如臂带、胸带或头带。不过,研究团队已经开发出一种类似手表的可穿戴设备原型,因为智能手表在用户中很受欢迎。


pH值表的潜在用途不仅限于运动员,它可以被任何用户使用,因为我们会在日常活动中出汗,比如走路或跑步。而且,由于它的非侵入性,它可以作为老年人和儿童的个人健康监测设备。


出低功耗、低成本汗液PH传感器,让健康追踪可穿戴设备更强大

研究团队合照


该研究团队由新加坡国立大学电子与计算机工程专业博士生Ananta Narayanan Balaji先生、新加坡国立大学电子与计算机工程专业博士生陈源女士、新加坡国立大学生物医学工程专业博士生邵惠林助理教授、新加坡国立大学计算机科学专业王博博士、裴立轩教授组成。


邵惠林助理教授表示:“据我们所知,我们的pH手表是可重复使用的汗液传感器的首次展示,该传感器可通过脉搏血氧仪轻松集成到现有的智能手表中,这为无处不在的生物标志物传感铺平了道路。”


据悉,该团队目前正在研究汗液中的其他生物标志物,并探索使用其他现有传感器来检测更多汗液生物标志物。


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