運(yùn)動(dòng)員汗液分析技術(shù)進(jìn)展

陳 剛 ，葉心明 ，王 興

0 前言

出汗是人體正常的生理活動(dòng)，可分為主動(dòng)和被動(dòng)出汗，汗腺分泌的液體稱為汗液。被動(dòng)出汗是因天氣悶熱或心情煩躁而引起的，通過水分蒸發(fā)可帶走體內(nèi)熱量，維持體溫在正常范圍內(nèi)。而主動(dòng)出汗是人體由于主動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起的出汗，不僅有利于散發(fā)熱量，還能帶走體內(nèi)因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的垃圾[1]。

正常人體汗液比重在1.002～1.003 g/L范圍內(nèi)，其中 98%～99%的成分為水，pH值范圍為 4.2～7.5，氯化鈉含量約為3 g/L。汗液化學(xué)成分主要有尿素、乳酸、葡萄糖、尿酸、肌酸、肌酐、氨基酸和電解質(zhì)（鈉離子、鉀離子、鈣離子、鎂離子、氯離子和無機(jī)磷）等。運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練和比賽時(shí)由于出汗，水分和電解質(zhì)等成分大量流失，并排出人體代謝產(chǎn)物，故對(duì)汗液中上述有關(guān)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)可了解運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)員身體狀況、機(jī)體代謝情況以及運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體的適應(yīng)性，在運(yùn)動(dòng)員選材、日常體育訓(xùn)練和體能恢復(fù)等方面具有十分重要的實(shí)際意義[1-3]，汗液分析可為運(yùn)動(dòng)員選拔、日常體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和指導(dǎo)體能恢復(fù)等提供科學(xué)依據(jù)和手段。

運(yùn)動(dòng)員汗液分析通常采用生物傳感器、離子色譜、質(zhì)譜、毛細(xì)管電泳、液相色譜和氣相色譜等分析手段。對(duì)于生物傳感器，每種傳感器只能檢測(cè)一種指標(biāo)；而質(zhì)譜、毛細(xì)管電泳、液相色譜和氣相色譜分析時(shí)間在數(shù)十分鐘，儀器體積大，難以滿足運(yùn)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)快速分析的需要[1-3]，于是，研發(fā)快速簡(jiǎn)便的便攜式運(yùn)動(dòng)員汗液分析儀器和檢測(cè)技術(shù)得到了越來越廣泛的關(guān)注。近年來，隨著可穿戴設(shè)備和智能手機(jī)的普及和發(fā)展，其在運(yùn)動(dòng)員汗液分析領(lǐng)域也得到了國(guó)內(nèi)外體育和分析科學(xué)界廣泛關(guān)注。

作為一種無損傷的非侵入式分析方法，汗液分析研究已成為體育運(yùn)動(dòng)行業(yè)和相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，有關(guān)新技術(shù)層出不窮。本文綜述近來運(yùn)動(dòng)員汗液分析技術(shù)的新進(jìn)展。

1 汗液收集和處理

汗液的收集可分全身收集法和局部收集法[4]，前者通過運(yùn)動(dòng)后全身沖洗或提取衣物浸泡液采集汗液樣本，而后者主要使用濾紙片、紗布、海綿墊、臂袋等收集胸、臂等部位分泌的汗液。

楊則宜等建立臂汗收集法，汗液用聚乙烯袋包裹手臂收集汗液，收集前清洗手臂并擦干。收集的運(yùn)動(dòng)后汗液經(jīng)離心和酸化后用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定其中鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等離子的濃度，并通過凱氏定氮法檢測(cè)含氮量。結(jié)果表明不同訓(xùn)練水平運(yùn)動(dòng)員汗液中無機(jī)離子濃度差異不大，鉀、鈉、鈣、鎂、鐵離子的平均含量分別為 （324±82.4） mg/L、（1 007±350） mg/L、（102±44） mg/L、（12.9±8） mg/L 和（634±246） mg/L，氮的濃度為（537±143）mg/L[4]。陳柏華等研制了一種電滲汗液濾紙收集片[5]，采用電滲毛果蕓香堿的方法誘導(dǎo)汗液分泌，將定量濾紙貼于皮膚上，包裹聚乙烯薄膜并套上護(hù)腕套，約半小時(shí)后將收集有汗液的濾紙置于玻璃瓶中，提取后采用火焰光度法測(cè)定汗液中的鈉離子。江西贛州地區(qū)人體汗液研究小組建立了汗液刮取收集技術(shù)[6]，收集運(yùn)動(dòng)后或浴后汗液作為試樣，樣品汗液由是頭部和軀干部位刮取。采用原子吸收光度法、火焰光度法和比色法檢測(cè)了汗液中鉀離子、鈉離子、氯離子、氨基酸、葡萄糖、尿素、肌酸、肌酐、尿酸等指標(biāo)，但儀器操作復(fù)雜，難以用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

2 汗液分析技術(shù)

汗液快速分析技術(shù)不僅可用于競(jìng)技體育中運(yùn)動(dòng)員汗液分析，在全民健身領(lǐng)域也有巨大的需求，通過非侵入式的汗液分析可快速了解自身健康水平和運(yùn)動(dòng)效果，并可調(diào)節(jié)控制運(yùn)動(dòng)量等，以促進(jìn)全面提高國(guó)民體質(zhì)和健康水平。

2.1 運(yùn)動(dòng)員汗液電解質(zhì)的檢測(cè)

汗液電解質(zhì)分析對(duì)了解運(yùn)動(dòng)員電解質(zhì)流失和指導(dǎo)電解質(zhì)的補(bǔ)充具有十分重要的實(shí)際意義。吳瀟男等采用等離子體發(fā)射光譜分析了運(yùn)動(dòng)員汗液中尿素、乳酸、鈉、鉀和氯的含量，探究濕熱環(huán)境下運(yùn)動(dòng)對(duì)汗液中這些成分的影響。發(fā)現(xiàn)這些成分在訓(xùn)練的第6天降至最低值，隨后乳酸水平趨于平穩(wěn)，而其他成分水平出現(xiàn)明顯的回升，說明濕熱環(huán)境下習(xí)服訓(xùn)練適應(yīng)時(shí)間至少需6 d[7]。Dam在滌綸膜上集成了參比電極和氯化銀檢測(cè)電極，制成了可穿戴的汗液檢測(cè)貼片，可用于運(yùn)動(dòng)員汗液中氯離子的連續(xù)測(cè)定，具有響應(yīng)快和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，連續(xù)檢測(cè)一周傳感器電位基本穩(wěn)定[8]。

阮芳銘等使用棉質(zhì)短褲、?；晟?、棉質(zhì)長(zhǎng)統(tǒng)襪子和毛巾等收集訓(xùn)練中的運(yùn)動(dòng)員汗液用于電解質(zhì)檢測(cè)。采用江蘇電分析儀器廠生產(chǎn)的鉀電極、鈉電極、氯電極檢測(cè)了汗液中的鉀、鈉和氯離子，結(jié)果令人滿意。由于采用電位法，可微型化，適合研制可穿戴電解質(zhì)檢測(cè)裝置[9]。顧星等將汗液中的鈉、氯、鈣、鉀無機(jī)離子顯色后采用分光光度法進(jìn)行檢測(cè)，獲得了滿意的結(jié)果，但操作復(fù)雜，不適合運(yùn)動(dòng)員汗液分析的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)[10]。Nyein等制備了一種基于柔性硅橡膠的可穿戴微流控汗液檢測(cè)貼片，具有螺旋狀的微流控通道，可用于汗液的收集和檢測(cè)，通過集成電位傳感器，可用于運(yùn)動(dòng)員和臨床病人汗液中氫離子、鈉離子、鉀離子和氯離子的快速檢測(cè)[11]。

2.2 運(yùn)動(dòng)員汗液乳酸和酸度的檢測(cè)

乳酸是運(yùn)動(dòng)中體內(nèi)葡萄糖代謝產(chǎn)生的中間產(chǎn)物。由于運(yùn)動(dòng)員長(zhǎng)期處于運(yùn)動(dòng)量較大的狀態(tài)，氧氣供應(yīng)不足，導(dǎo)致產(chǎn)生的乳酸不能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)一步分解，形成無氧代謝，產(chǎn)生的乳酸在體內(nèi)形成堆積，會(huì)引起局部肌肉的酸痛。運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過一定期限的訓(xùn)練，機(jī)體逐漸適應(yīng)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度，乳酸堆積及其導(dǎo)致的肌肉酸痛現(xiàn)象可獲得緩解。故檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員汗液中乳酸可間接了解運(yùn)動(dòng)員體內(nèi)乳酸水平，了解運(yùn)動(dòng)員身體情況和訓(xùn)練后身體恢復(fù)情況，可用于訓(xùn)練指導(dǎo)、訓(xùn)練方案制定以及運(yùn)動(dòng)員選材。

Anastasova等在柔性的通道內(nèi)植入乳酸安培酶?jìng)鞲衅?、鈉離子選擇電極、酸度微電極和溫度傳感器，制作可穿戴貼片，可檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)時(shí)汗液中的乳酸、鈉離子、酸度和體溫[12]。Biagi等采用液相色譜聯(lián)用紫外檢測(cè)技術(shù)分離檢測(cè)了運(yùn)動(dòng)員汗液中的乳酸和丙酮酸，方法回收率和準(zhǔn)確度令人滿意[13]。Kondoh等采用液相色譜檢測(cè)了運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)前后汗液中的D-乳酸鹽、L-乳酸鹽、丙酮酸和甲基乙二醛，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)后有關(guān)物質(zhì)水平大幅上升[14]。

2.3 運(yùn)動(dòng)員汗液葡萄糖的檢測(cè)

運(yùn)動(dòng)員汗液中葡萄糖反映運(yùn)動(dòng)員血糖水平、機(jī)體代謝和運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體的適應(yīng)性，對(duì)其進(jìn)行快速檢測(cè)在體育實(shí)踐中具有十分重要的實(shí)際意義。

Ryan等將含有膽堿能受體激動(dòng)劑的凝膠電極對(duì)通過電離子滲入刺激汗腺分泌汗液，收集的汗液通過集成在滌綸膜上的氯離子選擇電極和鈉離子選擇電極檢測(cè)汗液中的鈉離子和氯離子[15]。如圖1所示，全部傳感器、汗液刺激釋放電極對(duì)和電路都集成在一個(gè)硅膠腕帶里，可用于運(yùn)動(dòng)員汗液實(shí)時(shí)檢測(cè)。

圖1 可穿戴汗液葡萄糖檢測(cè)裝置實(shí)物照片和工作示意圖Figure 1 Photograph of A Wearable Sweat Glucose Montoring Device and Its Working Diagram

Munje等在聚酰亞胺膜上制作金電極對(duì)，覆蓋氧化鋅涂層作為阻抗傳感元件，修飾葡萄糖氧化酶后可用于汗液中葡萄糖的檢測(cè)。由于聚酰亞胺膜為柔性膜，可緊貼皮膚實(shí)時(shí)檢測(cè)[16]。Lee等研制了一次性可穿戴汗液葡萄糖檢測(cè)裝置，采用普魯士藍(lán)修飾葡萄糖氧化酶檢測(cè)技術(shù)，具有多級(jí)透皮藥物遞送模塊，可用于運(yùn)動(dòng)員汗液中葡萄糖檢測(cè)[17]。

2.4 運(yùn)動(dòng)員汗液中肌酐、肌酸、銨和尿素等含氮物質(zhì)測(cè)定

汗液中肌酐、肌酸、銨和尿素等小分子含氮物質(zhì)的水平可揭示運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)員機(jī)體的代謝水平和機(jī)體適應(yīng)性，為訓(xùn)練指導(dǎo)提供依據(jù)。雷志平等采用二乙酰一肟分光光度法測(cè)定了足球運(yùn)動(dòng)員大運(yùn)動(dòng)量訓(xùn)練后汗液中尿素氮的含量，并比較了汗液尿素氮和尿液尿素氮排泄量的關(guān)系，為研究運(yùn)動(dòng)排汗對(duì)蛋白質(zhì)代謝的影響和蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)相關(guān)問題提供依據(jù)[2]。

Huang等采用比色法分析了運(yùn)動(dòng)員汗液中的肌酐、肌酸、尿酸和尿素，可為有關(guān)非蛋白氮的分析提供簡(jiǎn)便快速的方法[18]。Yokoyama等采用液相色譜聯(lián)用質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)分析了運(yùn)動(dòng)員汗液中的尿素、乳酸和幾種氨基酸，獲得了滿意的結(jié)果，具有靈敏度和準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)[19]。

2.5 運(yùn)動(dòng)員汗液中蛋白的測(cè)定

運(yùn)動(dòng)員汗液中的蛋白質(zhì)的檢測(cè)可反映運(yùn)動(dòng)時(shí)因出汗引起的蛋白流失情況和相關(guān)疾病，但通常情況下汗液中蛋白幾乎檢測(cè)不出。Yu等采用蛋白組學(xué)和肽組學(xué)技術(shù)，結(jié)合質(zhì)譜和酶解分析和鑒定了人體汗液中861個(gè)獨(dú)特的蛋白和32 818個(gè)內(nèi)分泌多肽，首次證明部分汗液多肽的抗菌活性[20]。Marshall等采用二維凝膠電泳和銀染法檢測(cè)了運(yùn)動(dòng)員尿液中的多種蛋白[21]，Corrie等介紹了一系列用于汗液蛋白分析的生物傳感器[22]，均獲得滿意的結(jié)果。

2.6 運(yùn)動(dòng)員汗液中氨基酸的測(cè)定

運(yùn)動(dòng)員汗液中存在氨基酸，其水平可反映運(yùn)動(dòng)員身體健康和機(jī)體代謝狀況。Hirokawa等采用毛細(xì)管電泳結(jié)合紫外檢測(cè)技術(shù)分析了運(yùn)動(dòng)員汗液中的賴氨酸、鳥氨酸、精氨酸、精胺以及鉀、鈉、鈣、鎂4種離子。該方法具有樣品用量少和快速簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)[23]。

邱仞之等用防毒服收集全身汗液，采用氨基酸自動(dòng)分析儀測(cè)定了高濕熱環(huán)境熱習(xí)服訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)員汗液中的賴氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、異亮氨酸、絲氨酸、組氨酸、酪氨酸、甘氨酸、天冬氨酸、胱氨酸、精氨酸、丙氨酸、谷氨酸，發(fā)現(xiàn)汗液訓(xùn)練后汗液氨基酸除蛋氨酸、胱氨酸和苯丙氨酸略微下降外，其它氨基酸水平均顯著降低[24]。陸鼎一等通過聚酰胺薄膜層析法測(cè)定了運(yùn)動(dòng)員汗液中甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、脯氨酸、組氨酸、色氨酸、酪氨酸，具有簡(jiǎn)便快捷的特點(diǎn)，獲得了滿意的檢測(cè)結(jié)果[25]。Calderon-Santiago等采用液相色譜聯(lián)用質(zhì)譜檢測(cè)了運(yùn)動(dòng)員汗液中18種氨基酸及其代謝產(chǎn)物，可為運(yùn)動(dòng)員汗液分析和疾病診斷提供簡(jiǎn)便快速的分析方法[26]。

2.7 運(yùn)動(dòng)員汗液中乙醇的測(cè)定

乙醇的測(cè)定分為物理法和化學(xué)法。物理法包括氣相色譜法、酒精計(jì)法、密度瓶法和折射計(jì)測(cè)定法等?；瘜W(xué)法有重鉻酸鉀比色法、碘量滴定法、莫爾氏鹽法等。運(yùn)動(dòng)員由于酒后鍛煉或服用藿香正氣水、腐乳等，汗液中會(huì)出現(xiàn)乙醇。同時(shí)，檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員汗液中乙醇可評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員的代謝水平。徐學(xué)笛通過氣相色譜對(duì)酒后人體分泌的汗液進(jìn)行了分析，采用氫火焰檢測(cè)器和頂空進(jìn)樣分析，成功測(cè)定了汗液乙醇含量。此方法具有測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確和操作簡(jiǎn)便快速的特點(diǎn)[27]。Selvam等研制了一種基于金電極和氧化鋅平板電極的可穿戴傳感器，可用于運(yùn)動(dòng)員汗液中乙醇和乙基葡萄糖醛酸苷的連續(xù)電化學(xué)檢測(cè)[28]。

2.8 運(yùn)動(dòng)員汗液中尿酸的測(cè)定

尿酸是人類嘌呤類化合物分解代謝的最終產(chǎn)物，可從汗液中排出，反應(yīng)運(yùn)動(dòng)員健康和機(jī)體代謝情況。Calderon-Santiago等采用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)了汗液中尿酸和有關(guān)代謝物的濃度獲得了滿意的結(jié)果，但由于儀器體積較大，不便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)[26]。Sugase等采用液相色譜檢測(cè)了人汗液中乳酸、尿酸、黃嘌呤和酪氨酸，濃度分別為154 mmol/L、150 μmol/L、225 μmol/L 和 2.25 mmol/L[29]。

2.9 運(yùn)動(dòng)員汗液中維生素的測(cè)定

張工等建立了一種不經(jīng)預(yù)先分離可同時(shí)用熒光光度法測(cè)定人體汗液中維生素B1和維生素B2的方法[30]，用自制汗袋收集汗液，優(yōu)化了樣品制備和測(cè)試條件，對(duì)實(shí)際人體汗樣進(jìn)行了含量測(cè)定，回收率均在75%以上。

2.10 運(yùn)動(dòng)員汗液中重金屬離子和微量元素的測(cè)定

一些劣質(zhì)的運(yùn)動(dòng)員服裝常存在重金屬離子超標(biāo)的問題，危害運(yùn)動(dòng)員健康。衣物直接與人體接觸，可通過檢測(cè)汗液中重金屬離子的含量，了解運(yùn)動(dòng)員體內(nèi)的重金屬水平。王斌等采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定人體汗液中鉛、鉻、銅和汞等重金屬離子，解決了汗液中高鹽基體對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾，獲得了優(yōu)化的樣品制備和測(cè)試條件，該方法檢出限低、精密度高，回收率為 90.5%～106%[31]。

江榮等采用原子吸收分光光度法檢測(cè)了運(yùn)動(dòng)員汗液中鉀、鈉、鈣、鎂、銅、鋅和鐵等微量元素，分析了高濕熱環(huán)境下體育訓(xùn)練對(duì)人體汗液中微量元素流失的影響[32]。結(jié)果表明，在高濕熱環(huán)境下進(jìn)行10 d的體育鍛煉可提高人體對(duì)熱負(fù)荷的耐受能力。

2.11 汗液中咖啡因等嘌呤類物質(zhì)的測(cè)定

國(guó)際上有些運(yùn)動(dòng)員常通過服用興奮劑提高體育運(yùn)動(dòng)成績(jī)，為了躲避尿檢常服用咖啡因、茶堿等利尿藥物，通過檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員汗液中的咖啡因等嘌呤類物質(zhì)及其代謝產(chǎn)物可監(jiān)督濫用興奮劑等問題。

Tsuda等采用氣相色譜-質(zhì)譜法檢測(cè)了樣品中的咖啡因，獲得了滿意的結(jié)果[33]。張婷等用液相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定了指紋汗液中咖啡因及其代謝物副黃嘌呤的含量[34]。用濾紙?zhí)崛≈讣y汗液后，采用正離子檢測(cè)模式，咖啡因和副黃嘌呤與其峰面積呈良好線性關(guān)系，方法的檢出限分別為0.3納克/片和1.7納克/片。

2.12 免疫法檢測(cè)汗液中乙肝病毒

聶軍等首次采用免疫電鏡在汗液中檢出了乙型肝炎表面抗原 （HBsAg）和乙肝病毒脫氧核糖核酸（HBV DNA），說明HBV可能隨乙肝病毒攜帶者的汗液排出[35]，未見有前人報(bào)告，為汗液中存在HBV提供形態(tài)學(xué)的證據(jù)。他們還采用斑點(diǎn)分子雜交試驗(yàn)檢測(cè)了HBsAg攜帶者汗液中的HBV DNA，結(jié)果表明HBV可隨汗液排出，汗液為傳播乙肝病毒的媒介之一[36]。

2.13 汗液中芳胺類物質(zhì)的測(cè)定

運(yùn)動(dòng)服常用偶氮染料染色，在戶外光輻射條件下，其可發(fā)生光致還原反應(yīng)生成芳香胺類物質(zhì)，歐盟已規(guī)定禁止在紡織產(chǎn)品中使用可降解產(chǎn)生22種致癌芳胺類物質(zhì)的偶氮染料。由于運(yùn)動(dòng)服與人體直接接觸，可通過檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員汗液中芳胺類物質(zhì)了解運(yùn)動(dòng)服染料對(duì)運(yùn)動(dòng)員的危害情況。代喜斌等采用纖維膜三相液相微萃取技術(shù)對(duì)汗液基質(zhì)中的苯胺、對(duì)氯苯胺、鄰甲苯胺、對(duì)硝基苯胺進(jìn)行了富集[37]。將富集的樣品直接進(jìn)行毛細(xì)管電泳測(cè)定，檢出限為1～10 μg/L。

2.14 汗液中藥物及其代謝產(chǎn)物的測(cè)定

運(yùn)動(dòng)員服藥后，藥物經(jīng)吸收、分布、代謝等體內(nèi)過程，原型藥物和代謝產(chǎn)物可經(jīng)汗液排出，可通過汗液分析間接了解運(yùn)動(dòng)員的服藥信息。張文驥等建立汗液中美托洛爾和α-羥基美托洛爾的提取與檢測(cè)方法[38]。汗液樣品經(jīng)提取和處理后采用液相色譜儀串聯(lián)質(zhì)譜儀檢測(cè)，結(jié)果表明運(yùn)動(dòng)員口服25 mg美托洛爾后3～15 h后仍可在汗液中檢出原藥及代謝物。

2.15 可穿戴汗液分析技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)、小型化儀器、傳感器和智能手機(jī)的發(fā)展，可穿戴技術(shù)近年來獲得了廣泛的關(guān)注?？纱┐髟O(shè)備是可直接穿在身上或可整合到使用者的衣物或配件上的一種便攜式設(shè)備，可通過軟件支持、云端交互、數(shù)據(jù)交互來實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大的功能，對(duì)人類生活和感知將帶來巨大的改變。由于谷歌眼鏡的亮相，2012年被稱作“智能可穿戴設(shè)備元年”?？纱┐骱挂悍治鲅b置在體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域也獲得了應(yīng)用，主要是將各種離子選擇電極傳感器和生物傳感器集成在可穿戴的膜片上，通過藍(lán)牙和手機(jī)連接完成設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集分析。

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的Gao等研制了基于汗液實(shí)時(shí)檢測(cè)的可穿戴式電子設(shè)備，被稱為“人體大數(shù)據(jù)收集器”，是一種多任務(wù)汗液感測(cè)系統(tǒng)[39]。其中各種傳感器作為設(shè)備與皮膚間的接口，通過感知汗液成分了解人體健康狀況，而柔性電路板上的硅芯片則負(fù)責(zé)復(fù)雜的信號(hào)處理。圖2為Gao等研發(fā)的可穿戴式汗液分析電子設(shè)備實(shí)物照片。

圖2 可穿戴式汗液分析電子設(shè)備實(shí)物照片F(xiàn)igure 2 Photograph of A Wearable Electronic Equipment for Sweat Analysis

Xu等研制了一種基于石墨烯-纖維素膜的可穿戴傳感器，可用于人體汗液離子的檢測(cè)，成功用于汗液中氯化鈉的測(cè)定[40]。Schazmann等將鈉離子選擇電極與可穿戴的設(shè)備組合成可用于運(yùn)動(dòng)中實(shí)時(shí)檢測(cè)汗液中鈉離子的設(shè)備，結(jié)果令人滿意[41]。Liu等研制了基于汗腺驅(qū)動(dòng)的硅橡膠汗液收集裝置，與電化學(xué)阻抗傳感器聯(lián)用，研制成功用于汗液離子化合物檢測(cè)的可穿戴設(shè)備[42]，在運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)中的汗液檢測(cè)有良好的應(yīng)用前景。近日，浙江大學(xué)劉清君課題組聯(lián)合中科院蘇州納米所等研發(fā)單位基于印刷電子技術(shù)，采用近場(chǎng)通訊技術(shù)和電化學(xué)傳感技術(shù)，構(gòu)建了一種無線、無源、柔性的貼皮式電化學(xué)傳感貼片，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員汗液中葡萄糖、鈉離子、鉀離子和pH等多種組分的定量分析，可為體育運(yùn)動(dòng)中有關(guān)指標(biāo)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)提供新方法[43]。

Bandodkar等研制了一種無電池可穿戴式微流控汗液分析裝置，內(nèi)部有吸收汗液樣品的流路和檢測(cè)腔體，具有電位、安培、比色檢測(cè)功能，可用于出汗率以及汗液中乳酸、葡萄糖、氯離子和酸度的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果可通過藍(lán)牙于智能手機(jī)上讀取和存儲(chǔ)[44]。

3 小結(jié)和展望

通過對(duì)人體無損傷的非侵入式汗液分析，可了解運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)員身體狀況、機(jī)體代謝情況以及運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體的適應(yīng)性，在運(yùn)動(dòng)員選材、日常體育訓(xùn)練和體能恢復(fù)等方面具有十分重要的實(shí)際意義。各種基于分光光度法、原子發(fā)射光譜、火焰發(fā)射光譜、質(zhì)譜、液相色譜、毛細(xì)管電泳、氣相色譜、電位法等實(shí)驗(yàn)室常規(guī)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，但設(shè)備體積龐大，不適合運(yùn)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的檢測(cè)。近年來，用于運(yùn)動(dòng)員汗液實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)分析的穿戴式和便攜式分析技術(shù)獲得了廣泛重視，國(guó)外有關(guān)研究較多，國(guó)內(nèi)處于剛起步階段。但可以預(yù)見，可穿戴體育運(yùn)動(dòng)生化指標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)在競(jìng)技體育和全民健身體育運(yùn)動(dòng)中具有廣闊的應(yīng)用前景，屬于體育運(yùn)動(dòng)行業(yè)的新興技術(shù)和朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。