《AM》：新型可穿戴营养追踪器

原创前沿君材料科学前沿

汗水中含有多种生化物质，能够指示反应潜在的生理状况。例如，临床上对囊胞性纤维症的治疗和法医学中对药物滥用检测就常常使用汗水进行医学诊断。而近来的可穿戴器件研究也证明，可通过汗水来检测维生素C的耗损情况。因此，研究汗水响应营养物质的动态变化可扩展汗水在营养测试等方面的应用前景；结合可穿戴器件进行身体营养状况的快速检测也可以为个人健康管理提供新的策略和机会。

近期，加州大学伯克利分校的Ali Javey课题组发展了一种可在生物体液（汗水、尿液、血液）中检测维生素C浓度的可穿戴传感器。研究人员将金纳米构造、氯酸锂掺杂的导电聚合物以及酶固定薄膜进行整合形成电化学传感器，该器件不仅展现出了宽检测范围（从μM到mM）、高选择性以及长期稳定性等优势，还能够对维生素C进行实时检测。不仅如此，利用这一传感器，研究还在人体身上进行维生素C水平在血液与汗水、尿液中的关联实验。这些实验均证明，基于汗水传感器进行汗水/尿液分析能够准确监测体内营养状况，在营养筛查、饮食干预等方面均有潜在的应用价值。相关工作以“A Wearable Nutrition Tracker”为题发表在Advanced Materials。

可穿戴维生素C传感器的制备

该传感器是在平面柔性基质构建标准三电极系统而制备的——通过在厚度为100微米的聚乙二醇对苯二甲酸酯（PET）进行光刻及蒸发生成电极。对于维生素C选择性电极来说，电极表面含有金纳米枝晶以增强测量信号并提高酶薄膜对导电表面的附着力；而高氯酸锂掺杂的导电聚合物聚乙烯二氧噻吩则保证了电极能够展现出优异的电化学性能。而参比电极和对电极则分别由银/氯化银层和平面金构成。该传感器的检测则是基于维生素C被抗坏血酸氧化酶氧化形成电信号而实现的。进一步地，这一柔性传感器通过吸水垫作用，不仅可以和皮肤产生可靠的面接触，还可以对生物体液进行吸收以供检测，而体液吸收量的最低要求只需1.5微升左右。最终，通过电路集成实现无线监测，使用者可以被定期告知营养状况并进行营养均衡监测。

图1 可穿戴维生素C传感器用于营养评价的示意图

文章进一步研究了传感器的检测性能。在对葡萄糖、尿素、尿酸和乳酸进行比较试验发现，传感器对维生素C表现出了高度的特异性，因此其他代谢物对维生素C的信号干扰可以忽略不计。又由于传感器是基于酶反应的，pH的影响也被考虑其中。实验表明，尽管传感器的灵敏度会随着pH的增加而轻微增加，但增加程度却可以忽略不计，因此pH在体液检测中的作用也不会影响传感器的功能。最后，稳定性测试结果发现5天内单器件的灵敏度变化在2%以内，表明器件具有长期稳定性，可以对体液维生素C进行可靠检测。

人体试验

为了研究口服剂量对汗液/尿液维生素C水平的影响，作者还在人体上进行汗水和尿液分析。对口服维生素C3小时后进行样本分析发现，汗水/尿液中的维生素C水平随着口服剂量的增加而提高。随后，汗水和尿液的测试结果对血液测试结果进行作图发现，汗液/尿液的维生素水平趋势和血液中的一致，并且汗液-血液和尿液-血液的相关系数可分别达到0.81和0.72，证明通过该传感器对体内的营养进行评价是可行的。

图2监测维生素C的人体试验

结论

综上所述，研究人员开发了一种可在汗液、尿液以及血液中对维生素C进行可靠检测的可穿戴传感器。文章认为，能够与血液维生素C相关联的汗液/尿液可以作为一类用于常规营养监测和辅助营养状态临床评价的生物体液。同时，文章也期待这一汗水生物传感器能够实现更加全面的营养评价和分析，并成为指导日常饮食和个人健康管理的有力工具。

参考文献：A Wearable Nutrition Tracker

文献链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202006444

名称：材料科学前沿

ID：MaterialFrontiers

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