研究人員開發了一種可穿戴式非侵入性傳感器，可以監測佩戴者汗液中炎症的生物標誌物。他們表示，患有慢性炎症疾病的人可以在家中使用該設備。炎症與一系列精神和身體疾病有關，包括全球三大殺手：缺血性心髒病、中風和慢性阻塞性肺病(COPD)。

雖然急性炎症反應是人體抵抗感染和加速癒合的自然方式，但長期或慢性炎症可能會導致不可逆的組織損傷。而能夠快速、輕鬆地檢測炎症是治療的關鍵。測量血液中C 反應蛋白(CRP) 的水平通常用作炎症的生物標誌物，但需要復雜的實驗室設備和人員來分析血液樣本。

現在，加州理工學院的研究人員開發了一種新型可穿戴傳感器，稱為InflaStat，通過測量人體汗液中的CRP 水平來無線、無創地監測炎症。

研究人員在開始製造他們的第一個汗液分析傳感器之前必須克服一些障礙。主要難題是CRP比其他分子更難檢測，它在血液中的濃度比其他生物標誌物低得多，而且它的分子更大，這意味著將它們從血液中分泌到汗液中更加困難。

“這些是以前阻止人們進行可穿戴CRP 傳感的主要問題，”該研究的通訊作者高偉說。“我們需要高靈敏度來自動監測皮膚上極低濃度的CRP。”

InflaStat 由激光雕刻的石墨烯製成，石墨烯含有微小的孔，可形成較大的表面積。這些孔含有與CRP 結合的抗體和稱為氧化還原分子的特殊分子，能夠在某些條件下產生小電流。傳感器結構中融入了金納米顆粒，每個納米顆粒都攜帶一組獨立的CRP 檢測抗體。

當佩戴者汗液中的CRP 分子進入傳感器時，它們會附著在檢測器抗體和石墨烯孔中的抗體上。然後納米顆粒附著在石墨烯上並觸發氧化還原分子產生電流，該電流由附著在傳感器上的電子元件讀取。

由於每個金納米粒子都含有許多檢測抗體，因此信號（非常小）被放大得遠遠超過單個CRP 分子產生的信號。

研究人員在健康參與者、慢性阻塞性肺病患者和從新冠病毒感染中康復的參與者身上測試了InflaStat。他們發現該傳感器佩戴舒適，並且可以無創、無線地獲取炎症生物標誌物信息。數據實時顯示在定制的智能手機應用程序上。正如預期的那樣，慢性阻塞性肺病患者和新冠病毒感染後患者的CRP 水平顯著高於健康參與者。研究人員發現，該傳感器可以準確檢測汗液中與血液水平相關的CRP 水平。

研究人員表示，他們的研究結果表明，他們的傳感器可用於無創、家庭監測炎症性腸病或慢性阻塞性肺病等慢性疾病。更重要的是，他們表示它可以適用於測試其他痕量水平和疾病相關的生物標誌物。

“這是一個通用平台，可以讓我們監測體液中極低水平的分子，”高說。“我們希望擴展這個平台來監測其他臨床相關的蛋白質和激素分子。 我們還想看看這是否可以用於慢性病管理。 炎症對許多患者來說意味著風險。 如果能夠在家對他們進行監測，就可以識別他們的風險，並及時給予治療。”

該研究發表在《自然生物醫學工程》雜誌上，下面由加州理工學院製作的視頻展示了傳感器如何檢測CRP。