汗水驅動貼紙將水杯變成健康傳感器

加州大學聖地亞哥分校的一個工程師團隊開發了一種電子貼片，可以通過指尖汗液監測人的維生素 C 水平，而無需抽血、前往實驗室或使用電池。當人們拿起杯子時，貼在飲水杯外部的柔性貼紙會收集汗跡。幾分鐘之內，系統就會從汗液中收集足夠的能量來分析其中的維生素 C 含量，並將結果無線發送到附近的筆記本電腦。

有關該設備的詳細信息發佈於 生物傳感器和生物電子學。

研究合著者、加州大學聖地亞哥分校雅各布斯工程學院電氣與計算機工程系教授 Patrick Mercier 表示：“通過將杯子或瓶子等日常用品轉變為智能傳感器，人們可以在不改變日常生活的情況下獲得有關其健康和福祉的實時信息。”

“我們正在邁向‘無意識設備’的未來——這些設備不顯眼，基本上是隱形的，所以你甚至沒有意識到你正在使用它們。你只需去做你的事情，你的水杯就可以讓你訪問所有這些豐富的信息。”

營養不良和微量營養素缺乏繼續影響著全世界數百萬人。儘管維生素 C 在免疫功能、組織修復和鐵吸收方面發揮著關鍵作用，但目前對其進行檢測需要抽血、特殊實驗室設備，在美國每次檢測的費用約為 50 美元。這些障礙使得頻繁監測對許多人來說不切實際。

新的貼紙提供了一種簡單、方便且廉價的替代方案。該系統建立在柔性粘性聚合物片材上，集成了絲網印刷電子元件。附在貼紙上的多孔水凝膠墊可以收集指尖的汗水。內置生物燃料電池將汗液化學物質轉化為電能，為定制電路板和維生素 C 傳感器提供動力。電路板讀取維生素 C 傳感器的信號，並通過低功耗藍牙無線傳輸數據。

“大多數人每年只從醫生那裡得到一次健康圖片。但我們的身體變化更加頻繁，”梅西爾說。 “我們希望讓訪問健康數據變得像早上喝一杯咖啡或一瓶橙汁一樣頻繁和容易。”

貼紙的另一個特點是它可以產生能量，而不需要用戶付出體力。指尖儘管體積很小，卻是人體最多產汗液的地方之一：每個指尖含有一千多個汗腺，產生的汗水比身體其他部位多出 100 到 1,000 倍。這種穩定的自然汗液流提供了持續的能量來源，使貼片即使在用戶休息時也能運行。

由於該系統不需要電池，因此生產成本低廉，每個單元可能只需幾美分。它的可用性還可以使該系統的未來版本成為一次性的並廣泛使用，特別是在資源匱乏的地區。

這項工作是 Mercier 實驗室與加州大學聖地亞哥分校雅各布斯工程學院 Aiso Yufeng Li 化學與納米工程系教授 Joseph Wang 之間的合作成果。它建立在 Wang 實驗室首創的可穿戴技術的基礎上，包括類似紋身的生化傳感器和指尖供電的可穿戴設備，以及 Mercier 實驗室開發的無電池、超低功耗無線系統。

在試驗中，該設備連接到一次性飲水杯上，準確跟踪參與者服用補充劑或喝橙汁後維生素 C 水平的變化。該設備僅使用從汗液中獲取的能量即可工作兩個多小時。

該研究的合著者之一王說：“這是我們基於指尖汗液分析的早期技術的優雅延伸，可以輕鬆、持續地監測個人營養和健康。” “通過將傳感器從皮膚轉移到杯子或瓶子等日常物體的表面，我們正在擴展可穿戴技術的功能。”

該團隊計劃擴展該技術以測量額外的營養素和生化物質。未來的版本將能夠將讀數直接發送到智能手機或智能手錶，以便全天實時提供更無縫的個人健康數據跟踪。

研究合著者包括加州大學聖地亞哥分校的 Muhammad Inam Khan、Ryan Burns、Akshit Agarwal、Lu Yin、Jongmin Moon、Boomsik Choi、Shichao Ding 和 Tamogna Saha。