可穿戴“智能口罩”可通过捕捉和分析呼出的气体进行疾病监测

要分析一个人呼出的气体素来困难，而这一气体所提供的信息则可揭示各种与健康有关的线索。一种新型的“智能口罩”如今可以对人呼出的气体进行实时、非创伤性的监测。这种被称为 EBCare 的口罩可以捕捉和分析呼气中的浓缩物 (EBC)，从而为成本可承受的持续性 EBC 分析提供了一种有希望的解决方案。作者写道：“EBCare 的重要性在于它可成为一个多用途、方便、高效、实时的研究平台，为多种医疗范畴中的难题提供解决方案，从而为将来先进的临床医学研究提供强而有效的工具。”近来的诸如 COVID-19 这样的呼吸道疫情凸显了对呼吸道疾病进行更全面追踪的需求。我们的呼吸气体中含有无数的从挥发性有机化合物和无机物到细胞因子和病原体等分子标记物；这些物质都能以气体、气溶胶或液滴形式被呼出。虽然实时分析这些呼吸气体中的生物性标记物可以大大改善对各种呼吸和代谢性疾病的诊断、监测和管控，但目前研究 EBC 的工具则严重缺乏。Wenzheng Heng 和同事在此介绍了一种可穿戴、物理上柔软的微流体智能口罩系统，其设计目的是为了对 EBC 进行连续、非侵入性分析。与需要外部制冷来凝结呼出蒸汽的传统性笨重装置不同，EBCare 使用的是串联式被动冷却技术，后者将水凝胶蒸发冷却、超材料辐射冷却和导热性高的框架设备整合在了一起。EBCare 系统可通过仿生微流体设计实现持续监测；该设计模仿了植物的毛细管作用，并用某个亲水性的内表面将 EBC 引导至传感储层。EBC 随后被转移到该装置的外表面，在那里它可为支持水凝胶的蒸发冷却提供连续性水源。作者展示了该口罩如何能以高精度来监测呼气中的生物标志物，所得到的数据则可通过蓝牙无线传输给某移动应用程序。他们通过几项前导实验对其进行了测试，试验对象包括健康个人和被诊断罹患慢性阻塞性肺病 (COPD) 或哮喘的病人，以及感染 COVID-19 后的患者。