通过汗液对内源性氨基酸损失的进行原位监测可以为健康和代谢提供生理学上的见解。然而，现有的氨基酸生物传感器无法定量评估运动中的代谢状态，也很少用于建立血液与汗液之间的相关性，因为仅有单一浓度指标被检测，而忽略了具有代谢定量化以及可用于浓度归一化的出汗率指标。
在众多氨基酸种类中，作为人体必需氨基酸之一的苯丙氨酸Phe由于其小分子以及无极性侧链的特性，其可以从血液中通过扩散作用分配至汗液中。同时，Phe在皮肤表面含量较其他氨基酸少，以至于在运动排汗过程中皮肤表面的原有Phe对汗液的含量贡献耗尽，导致在运动后期的汗液中Phe主要源自于血液贡献。这些特性表明Phe是一种有潜力被开发的汗液生物标记用于运动评估以及健康监测。
中国科学院半导体研究所Lili Wang课题组报道了一种集成有新型的电化学传感电极和多用途微流控通道及其配套信号读取电路算法的可穿戴多模态生物芯片，可以同时量化多种汗液指标，包括苯丙氨酸和氯化物浓度，以及汗液率。这种多模态测量方法揭示了个体汗液中苯丙氨酸水平和出汗率之间的负相关关系，基于此进一步在受试人群中确定了具有高运动代谢风险的个体。同时，通过跟踪运动期间蛋白质摄入引起的苯丙氨酸波动，并通过出汗率将Phe浓度指标标准化以减少个体间差异，展示了一种可靠的方法来关联和分析血液与汗液苯丙氨酸水平之间的普适相关性。
图1：通过汗液分析评估运动代谢风险和血清相关性的可穿戴多模态生物芯片原理图。
图2：用于Phe检测的传感器性能
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3.微流控芯片设计与表征
4.运动代谢风险的评估
通过多模态生物芯片对不同受试者的运动代谢状况进行实时监测与代谢风险评估。通过统计学分析，作者发现了超重受试者（BMI≥25）的汗液Phe浓度显著低于瘦弱受试者（BMI < 25）。
5.用于饮食管理与血清相关性的系统评估
通过引入出汗率标准化汗液Phe浓度指标来减少个体间差异，汗液Phe分泌率可能是研究血清和汗液Phe相关性的合适指标。
图5：用于评估血清水平和蛋白质饮食摄入影响的原位汗液Phe分析。
作者通过其开发的汗液多模态传感分析芯片，系统地研究了汗液Phe的血液分配机制以及与血清Phe水平的相关性，并通过一系列应用展示证明了Phe可以被开发作为有价值的汗液生物标记物用于健康监测与评估。
【参考文献】
https://www.nature.com/articles/s41467-024-44751-z
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