“腕表”监测身体化学物质，提高运动成绩，防止受伤

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麦克丹尼尔 mdaniel6@ncsu.edu 919.513.2654

马特·希普曼 matt_shipman@ncsu.edu 919.515.6386.

工程研究人员开发了一种手表大小的设备，可以监测个人的身体化学成分，以帮助提高运动成绩和识别潜在的健康问题。该设备可用于从检测脱水到跟踪运动恢复的各种用途，应用范围从军事训练到竞技运动。

“这项技术使我们能够在几乎实时测试各种代谢物，”北卡罗来纳州立大学的电气电脑工程助理和助理教授迈克尔·达尼尔教堂山北卡罗来纳州北卡罗来纳大学生物医学工程联合系。

代谢物是可以监测以评估个体的新陈代谢的标记。因此，如果某人的代谢物水平不在正常参数之外，它可能让培训师或卫生专业人员知道有问题。对于运动员来说，它也可以用来帮助定制培训努力来改善身体表现。

“在这个概念验证研究中，我们测试了人类参与者的汗液，并监测葡萄糖、乳酸盐、pH值和温度，”丹尼尔说。

设备背面的可更换条带嵌入化学传感器。该条带靠在用户的皮肤上，在那里它与用户的汗水接触。来自条带中的传感器的数据由设备内的硬件解释，然后将结果记录并将其转换为用户的智能手机或SmartWatch。

“该设备是平均手表的大小，但包含当前用于测量实验室中代谢物水平的庞大电化学设备中的四种的分析设备，”Daniele说。“我们制作了真正便携的东西，以便它可以在该领域使用。”

虽然这篇论文的工作重点是测量葡萄糖、乳酸和pH值，但传感器条可以定制，以监测其他可以作为健康和运动表现标志的物质，如电解质。

Daniele说:“我们乐观地认为，这种硬件可以使新技术在军事或运动训练中减少伤亡，在健康问题变得严重之前就发现它们。”“它还可以通过让用户跟踪自己一段时间的表现来改善训练。例如，饮食和其他变量的哪种组合能够提高用户的表现能力?”

研究人员现在正在进行一项研究，以进一步测试技术在各种条件下的人员佩戴时。

丹尼尔说:“我们想确认它在长时间使用时能够提供连续的监测。”

“虽然很难估计这款设备的成本，但它的制造成本只有几十美元。这种贴片可以使用至少一天，其成本应与糖尿病患者使用的葡萄糖贴片相当。

“我们目前正在寻找行业合作伙伴，帮助我们探索这项技术的商业化选择，”Daniele说。

纸”,面向代谢产物连续监测的穿戴式多路生物传感器系统，“发表在期刊上生物传感器和生物电子学。这篇论文的第一作者是北卡罗来纳州立大学的博士生穆拉特·尤卡斯(Murat Yokus)。这篇论文的共同通讯作者是北卡罗来纳州立大学电气和计算机工程教授Alper Bozkurt。该论文由北卡罗来纳州立大学(NC State)的博士生坦纳·松卡库(Tanner Songkakul)共同撰写;以及北卡罗来纳大学和北卡罗来纳大学生物医学工程系的博士后研究员Vladimir Pozdin。

这项工作的资金来自北卡罗来纳州国家科学基金会资助的集成传感器和技术先进自供电系统(ASSIST)中心，拨款为EEC1160483。ASSIST中心的使命是创造能够长期进行多模态传感的自供电可穿戴设备，而无需更换或充电电池。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

“可穿戴多路复用的生物传感器系统，用于连续监测代谢物”

作者: Murat A. Yokus, Tanner Songkakul和Alper Bozkurt，北卡罗莱纳州立大学;北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校联合生物医学工程系的Vladimir A. Pozdin;Michael A. Daniele是北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳州立大学教堂山分校生物医学工程系的联合教授

发表: 1月18日,生物传感器和生物电子学

DOI: 10.1016 / j.bios.2020.112038

文摘:综合代谢板是监测临床医疗保健中的一般生理学最可靠和最常见的方法。这种临床实践对个人健康和健康跟踪需要可靠，无侵入性，小型化，动态，廉价的和廉价的系统，用于连续测量生化分析物。我们报道了一种具有柔性传感器阵列的可穿戴系统的设计和表征，用于对人类生物化学的非侵入性和连续监测。该系统包括用于连续测量葡萄糖，乳酸，pH和温度的信号调节，处理和透射部件。该系统可以操作三个离散电化学电池。当由3.7 V 150 MAH电池供电时，系统在连续运行下绘制15 mA。电化学电池的模拟前端具有四个电位器和三个多路复用器，用于从十二个工作电极复用和并联读出。冗余工作电极的利用通过在阵列上平均计时响应来提高传感器的测量精度。通过同时测量葡萄糖和乳酸，pH和皮肤温度来证明系统的操作。在台式测量中，传感器显示出具有26.31μAmm的敏感性⁻¹·厘米⁻²葡萄糖为1.49 μA mM⁻¹·厘米⁻²对于乳酸，54mV·pH值⁻¹对于pH值，0.002°C^-1为温度。在定制的可穿戴系统中，这些值为0.84±0.03 mV μM⁻¹·厘米⁻²或葡萄糖，31.87±9.03 mV mm⁻¹·厘米⁻²乳酸，57.18±1.43 mV·pH⁻¹对于pH，63.4μV·°C⁻¹为温度。这种微型可穿戴系统可以用于未来评估汗液生物标志物的时间变化。