出汗小东西:新开发的智能手表测量关键压力荷尔蒙

为小事出汗:加州大学洛杉矶分校开发的智能手表可测量关键的压力荷尔蒙
研究合著者 Sam Emaminejad 表示,皮质醇非常适合通过可穿戴设备进行测量,因为它在汗液中的浓度水平与其循环水平相似。学分:赵一超和王肇庆/加州大学洛杉矶分校

人体通过产生一种叫做皮质醇的激素来应对压力。

迄今为止,测量皮质醇作为一种潜在地识别诸如抑郁症和创伤后压力等状况的方法是不切实际的,其中激素水平升高。皮质醇水平传统上是由专业实验室通过血液样本进行评估的,虽然这些测量结果可用于诊断某些疾病,但它们无法捕捉皮质醇水平随时间的变化。

现在,加州大学洛杉矶分校的一个研究团队开发了一种设备,它可能是向前迈出的重要一步:一种智能手表,可以准确、无创和实时地评估汗液中的皮质醇水平。在《科学进展》上发表的一项研究中描述,该技术可以让佩戴者能够阅读和应对压力的基本生化指标。

加州大学洛杉矶分校精神病学和生物行为科学教授、加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所成员、共同通讯作者安妮·安德鲁斯说:“我预计,随着时间的推移密切监测皮质醇变化的能力将对患有精神疾病的人非常有指导意义。”塞梅尔神经科学与人类行为研究所成员。“他们可能能够看到即将发生的事情或监控自己个人模式的变化。”

根据共同通讯作者、加州大学洛杉矶分校 Samueli 工程学院电气和计算机工程副教授、CNSI 成员 Sam Emaminejad 的说法,皮质醇非常适合通过汗液进行测量。

“我们确定,通过追踪汗液中的皮质醇,我们将能够以可穿戴形式监测这种变化,正如我们之前对代谢物和药物等其他小分子所展示的那样,”他说。“由于其小分子尺寸,皮质醇在汗液中扩散,其浓度水平密切反映其循环水平。”

该技术利用了 Emaminejad、Andrews 及其研究团队先前在可穿戴生物电子学和生物传感晶体管方面取得的进展。

在新的智能手表中,一条专门的薄粘性薄膜可以收集微量的汗水,以百万分之一升为单位进行测量。附加的传感器使用称为适配体的工程 DNA 链检测皮质醇,其设计目的是使皮质醇分子能够像钥匙适合锁一样适合每个适配体。当皮质醇附着时,适配体会改变形状,从而改变晶体管表面的电场。

这项发明以及 2021 年的一项研究证明了使用探针测量大脑中关键化学物质的能力,是安德鲁斯长期科学探索的结晶。20 多年来,她一直致力于监测生物体内的分子,如血清素,一种与情绪调节有关的大脑化学信使,尽管晶体管易受潮湿、咸味的生物环境影响。

为小事出汗:加州大学洛杉矶分校开发的智能手表可测量关键的压力荷尔蒙
该技术利用了 Sam Emaminejad、Anne Andrews 和他们的加州大学洛杉矶分校研究团队之前的工作。图片来源:Emaminejad Lab 和 Andrews Lab/UCLA

1999 年,她提出使用核酸——而不是蛋白质,标准机制——来识别特定分子。

“这种策略使我们解决了一个基本的物理问题:如何使晶体管用于生物流体中的电子测量,”同时也是化学和生物化学教授的安德鲁斯说。

与此同时,Emaminejad 的愿景是无处不在的个人健康监测。他的实验室开创了带有生物传感器的可穿戴设备,这些设备可以跟踪与特定健康措施相关的某些分子的水平。

“我们正在进入点对点监测的时代,在这个时代,医生基本上总是和我们在一起,而不是去看医生检查,”他说。“这些数据是在身体上收集、分析和提供的,为我们提供实时反馈,以改善我们的健康和福祉。”

Emaminejad 的实验室之前已经证明,一次性版本的专用胶膜使智能手表能够分析汗液中的化学物质,以及即使在佩戴者静止时也能产生少量汗水的技术。早期的研究表明,Emaminejad 小组开发的传感器可用于诊断囊性纤维化等疾病和个性化药物剂量。

使用皮质醇水平诊断抑郁症和其他疾病的一个挑战是激素水平因人而异,因此医生无法从任何单一测量中学到很多东西。但作者预见,使用智能手表随时间跟踪个体皮质醇水平可能会提醒佩戴者及其医生注意可能对诊断或监测治疗效果具有临床意义的变化。

该研究的其他作者包括加州大学洛杉矶分校心理学副教授珍妮特富山,多年来她一直与 Emaminejad 的实验室合作,在临床环境中测试他的可穿戴设备。

“通过将加州大学洛杉矶分校的不同部分结合在一起,这项工作变成了一篇重要的论文,”加州大学洛杉矶分校化学、生物化学和材料科学与工程杰出教授、CNSI 成员和该论文的合著者保罗·韦斯说。“它来自于我们之间的亲密关系,没有自我问题,并且对合作感到兴奋。我们可以解决彼此的问题,并将这项技术推向新的方向。”

本文为作者 新然 独立观点,并不代表 我是CIO 立场。

发表评论

登录后才能评论