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智能口罩 让呼吸更“智慧”

科学 | admin发表于2024年08月31日 | 308个浏览

最近，科学家发表在《科学》杂志上的一项成果，让口罩不再只是防护工具，而是成为了一种高科技的健康监测设备。这项技术不仅让我们更深刻地了解呼吸，还为呼吸和代谢疾病的早期诊断、监测和管理提供了新的途径。

呼吸是生命最基本也是最复杂的活动之一。每一次呼吸，我们不仅在进行氧气的交换，还在释放着与健康状态紧密相关的生物信息。例如，糖尿病患者的呼吸中常含有一种特殊的“坏苹果”味，这是由于呼出的丙酮含量较高所致。此外，呼吸道传染病如COVID-19也可以通过呼出的气溶胶进行传播。然而，由于气态呼吸的流动性，呼吸中化学分子的采样与检测一直是一个技术挑战。

呼气冷凝物（EBC）是呼吸中遇冷凝结成的液体，它包含了丰富的生物标志物，如丙酮、氨、白三烯等，这些标志物可以揭示人体的健康状况。但是，传统的EBC采集方法存在诸多限制，如冷却时间短、温度变化大、耗电量大、重量和尺寸限制等，这些都限制了其可穿戴式应用。

加州理工学院的高伟教授团队提出了一种集成在日常口罩上的柔性微流体装置——EBCare。这种智能口罩能够持续冷凝呼出的湿气，自动捕捉和刷新EBC，并实时、原位多重分析生物标志物。EBCare的设计基于新型被动式微型持续冷却策略，能够实现室内外环境下至少长达7小时的持续制冷效果。此外，EBCare还采用了仿生学原理，模仿植物中液体流动的机制，实现了EBC的稳定、持续流动。

智能口罩设计 来源：《科学》杂志

EBCare的电化学传感器阵列能够高选择性、高灵敏度地分析EBC中的多种生物标志物。这些传感器贴片可以通过激光切割或喷墨打印以低成本大量生产，使得EBCare成为一种经济实惠的健康监测工具。通过EBCare，我们可以实时捕捉并分析用户的呼吸和代谢数据，为日常生活和疾病管理提供持续的健康监测。

EBCare的应用前景非常广阔。它不仅能够促进对呼吸道疾病、代谢疾病和传染病的研究与早期诊断，还能够在预防医学和个人精准医学领域发挥重要作用。随着这项技术的不断发展和完善，我们有理由相信，EBCare将成为提升人口健康水平的重要技术支撑。

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