血液汗水和水新型纸张分析设备可轻松追踪健康和环境

当您需要测量白细胞计数时，通常需要前往诊所并使用昂贵的设备进行分析。同样，检查水质是否有污染物可能是一个漫长的过程。

但现在塔夫茨大学的研究人员正在想出一些方法来进行其中一些测试，从而大大降低成本并使它们更广泛地使用。他们使用的是无处不在的东西：纸张。他们用于监测个人健康和环境安全的创新纸质测试消除了对昂贵实验室设备的需求，并且可以由任何人在任何地方进行。

它们被称为纸质分​​析设备，制造成本低廉，可以长期存储，可以分发到偏远地区使用，并可以在最需要的时间和地点收集关键信息。它们还各自代表了一个可以扩展以测量其他健康和环境标志的技术平台。

采用医疗保健中最重要的测量之一：血细胞计数。仅测量白细胞就可以提供从感染到自身免疫性疾病再到癌症的一切线索。尽管样本采集(抽血)看似简单，但需要前往诊所并进入集中临床实验室进行分析。大量人(那些留在家里或住在偏远地区的人)无法获得这种访问权限。

化学副教授查理·梅斯想出了一个办法来提供帮助。他和他的团队创造了一种称为图案干血点卡的纸质装置，其中纸质上设计有通道和收集区，可以测量出规定的血液量，并使其在适当的位置干燥以供以后分析。该研究发表在《分析化学》杂志上。

用户所需要做的就是在家中用手指刺破血液，然后将样本邮寄到实验室，实验室会测量白细胞特有的DNA量，并指示存在的细胞数量。

梅斯说：“在纸卡上采集血液的方法已经存在，但由于材料和用户都会引入影响血液测量量的变化，因此它们不准确。”“带图案的卡片解决了这个问题，而我们测量计数的方式——使用量化DNA而不是整个细胞的仪器——意味着我们不依赖于完好无损地到达细胞。”

通过当地合作，梅斯在该设备和其他纸质分析设备方面的工作已到达南非、加纳和其他非洲国家以及南美洲。梅斯说：“偏远和低收入地区的人们获得医疗保健的机会往往较少，这使得为他们提供更便宜、更简单的健康指标监测方法变得更加重要。”

“这项技术可能在传染病方面有更多的应用，例如检测血液中的病毒和寄生虫的水平，更广泛地用于检测健康和保健的标志物。”

接触汗水后，乳酸反应点的颜色会从黄色变为深红色，作为乳酸浓度的标志，而每个角上的非反应性参考圆圈则提供标记，以在使用手机摄像头测量颜色强度时纠正照明伪影。图片来源：Silklab提供

出汗是健康的指标

塔夫茨大学Silklab的FrankC.Doble工程教授FiorenzoOmenetto和他的团队创建了一种纸质分析装置，可以测量汗液中的乳酸(也称为乳酸)。关于这项创新的论文发表在《AdvancedSensorResearch》上。

乳酸测量可以表明缺氧，并可用作创伤患者死亡率的预测指标。对于处于身体压力条件下的运动员或工人，乳酸可以定量测量肌肉疲劳以及健身和体能水平。

Omenetto使用源自丝素蛋白(丝纤维的组成部分)的生物反应性墨水，与处理乳酸的酶相结合，在乳酸存在时引发颜色变化。

墨水被印在小的圆形纸标签上，使用伤口敷料常用的透明薄膜将其粘在皮肤上。根据汗液中乳酸的浓度，标签的颜色从黄色变为深红色。这些色移是使用智能手机摄像头测量的，其准确性与使用昂贵的实验室设备获得的结果相当。

负责纸质设备开发的EG25ElisabettaRuggeri表示：“丝素蛋白具有稳定墨水中酶的卓越能力，因此贴片的保质期非常长，到目前为止在冷藏条件下可保存两年多。”“该方法可以扩展到制造测量汗液中其他元素的墨水，从而通过一组纸标签更全面地了解人的健康和表现。这就像在你的皮肤上佩戴一个实验室。”

水质检测的黄金标准

在世界各地，水质不佳和水传播疾病是严重的问题，影响着数百万人。现在，电气和计算机工程教授SameerSonkusale和塔夫茨大学纳米实验室开发了一种新型纸质分析设备，可以检测和测量水中的细菌污染。这项研究发表在ACSSensors上。

该方法使用附着在一种名为多粘菌素的抗生素上的金纳米颗粒，这种抗生素可以与革兰氏阴性细菌(水污染中常见的细菌)结合。当细菌存在时，它们会与设备中的金颗粒结合并聚集。当金颗粒聚集时，它们的颜色开始从红粉色变为蓝色。智能手机摄像头和名为ColorAssist的现成应用程序可以测量色移，并可以量化样品中的细菌水平。

事实上，在同一个纸质分析设备中，研究人员创建了另一个收集区，用于量化水中另一种危险污染物亚硝酸盐的存在。以蜡模印刷和熔化在纸质设备上创建测试区域和通道。通过这种方式，可以设计一种设备来测试水样中的大量不同污染物。

使用金纳米粒子，而不是酶或抗体，可确保纸质测试稳定，并且无需冷藏即可长期保存。尽管基本上由一张纸和一部智能手机组成，但这些测试的准确性与商业和实验室检测相当。

这些廉价、易于使用的水质纸质设备有很多优点，特别是对于监测世界上缺乏卫生基础设施的偏远地区的水质而言。

纸质设备还可以监测用于清洗农产品的水，并提醒用户任何潜在有害的食源性病原体。对于军队来说，获得清洁的水是行动的基础，而简单、轻便、廉价的纸质水质测试可能是一项重要资产。

Sonkusale的纸质设备除了检测水质外，还具有健康应用。“不幸的是，尿路感染的检测是一个非常普遍的问题，特别是在女性和老年人中，”他说。“我们可以为每位易感患者提供易于使用的纸质测试，通过早期发现可以挽救许多生命，因为如果不及时发现，感染通常会发展为脓毒症。”