南加州大学的一项研究显示，一种可穿戴传感器有望显著改善数百万服用锂药物治疗双相情感障碍患者的治疗和用药安全性。
锂是一种治疗双相情感障碍的高效药物，但其治疗窗口非常狭窄——剂量过高可能对患者产生毒性，导致肾脏损伤、甲状腺损伤甚至死亡；剂量过低则会使治疗无效。
锂的剂量因个体而异，取决于体重、饮食和其他生理因素，因此需要定期监测血液中的锂水平。目前，这种监测是通过实验室抽血完成的，过程耗时、不便且令人不适。个性化且易于获取的锂水平监测将是一个重大改进。
“我们的目标是创造一种易于使用的传感器，完全绕过抽血的需求，”南加州大学Ming Hsieh电子与计算机工程系教授、USC Khan实验室负责人Yasser Khan解释道。他也是南加州大学技术与医学研究所（ITEMS）的成员，该研究所是南加州大学Viterbi工程学院和Keck医学院的联合倡议项目，专注于创新医疗设备的研究。
这项研究发表在《Device》期刊上，这是Cell Press出版的一份新旗舰期刊，重点展示电气工程、材料科学和生物工程领域的尖端创新。
像健身追踪器一样简便
Khan的团队认为汗液是血液样本的理想替代品，因为汗液可以无创采集，并且能实时反映锂的浓度。为了进一步简化流程，这种可穿戴设备包含了一种皮肤安全的离子电渗系统，可在不需要身体运动的情况下诱导出汗。仅需几分钟，设备就能收集数据并通过智能手机应用程序传输，让患者在家中就能监测自己的锂水平。
这一技术背后是有机电化学晶体管（OECTs）的强大创新，专门用于检测锂。OECT是一种响应液体中离子信号并将其转换为可读电子数据的电子设备。与传统依赖复杂制造步骤且未针对锂优化的OECT不同，USC开发的传感器采用完全印刷的OECT，并使用了一种专门针对锂离子检测的新材料配方。
“我们开发了完整的锂监测系统——从基于OECT的传感器贴片、按需出汗诱导到读取电子设备和智能手机应用程序——所有这些都通过一种简单、可扩展且成本效益高的制造工艺完成，”该研究的第一作者、Khan实验室的博士生Mohammad Shafiqul Islam表示。“我们的目标是让锂监测对患者来说像查看日常健身追踪器一样轻松和舒适。”
这使得该设备成为首个完全印刷的OECT基锂传感器，这一关键进步为经济实惠、可扩展的生产铺平了道路。
患者喜欢使用该追踪器
这种传感器的潜力远远超出了实验室。在与Keck医学院的精神病学家Adam Frank合作下，该设备已经在他的患者中进行了测试。“这是USC的一大优势之一，”Khan说。“我们的临床合作伙伴就在校园对面。”在试点试验中，Khan的团队与Frank及其患者合作，在服用锂的个体中测试了这些传感器。
使用可穿戴设备收集了汗液样本，锂的测量值成功与商用大型传感器的数值相匹配。参与试验的患者反应积极，对能够监测健康状况而无需反复前往医院感到欣慰。
“能够无创监测锂水平将改善服用锂的患者的护理，这些患者通常需要定期抽血来评估锂水平，”Frank说。“能够持续跟踪这些水平将通过允许调整药物剂量来提高安全性，从而避免副作用和潜在的药物毒性。”
接下来，该团队计划开发更先进的可穿戴系统，利用人工智能自动调整锂剂量，以达到最佳的治疗效果而不导致锂毒性。
除了Khan、Islam和Frank，该研究的其他作者还包括Brince Paul Kunnel、Munia Ferdoushi、Md Farhad Hassan、Sangwon Cha和Wenxin Cai，均来自南加州大学。
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