神奇智能口罩成为健康状况监测新法宝

　　监测人们健康状况的个性化可穿戴设备日益兴起。从手表到贴片等其他类型的传感器，这些智能设备可以监测心脏活动、炎症水平等，帮助患者在自己家中更好地管理健康。现在，可以在列表中增添一种新型可穿戴设备：一种用于监测呼吸的高科技纸质口罩。

　　加州理工学院的医学工程教授魏高及其同事开发出了一种智能口罩的原型，可用于监测一系列医疗状况，包括呼吸系统疾病，比如哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）以及新冠感染后的症状。

　　与正在开发的其他监测温度、湿度或呼吸频率等物理变化的智能口罩不同，这种名为 EBCare 的口罩可以实时分析呼吸中的化学物质。（“EBC”是该领域使用的首字母缩略词，意思是“呼出气冷凝物”。）例如，该口罩可以监测哮喘患者体内亚硝酸盐的水平，亚硝酸盐是一种表明气道炎症的化学物质。

　　“监测患者的呼吸是常规操作，例如评估哮喘和其他呼吸系统疾病。然而，这需要患者前往诊所采集样本，而后等待实验室结果，”在《科学》杂志上描述该口罩的一项新研究的首席研究员高说。

　　“自新冠疫情以来，人们戴口罩的频率更高了。我们可以利用这种增加的口罩使用情况进行远程个性化监测，在家庭或办公室中实时获取关于自身健康的反馈。例如，我们可以利用这些信息评估某种医疗治疗的效果如何。”

　　高同时也是遗产医学研究所的研究员以及罗纳德和乔安妮·威伦斯学者，他已经开发了一系列可穿戴生物传感器，用于分析汗液以测量代谢物、营养素、激素和蛋白质水平。在这种情况下，高将目标设定为监测呼吸，这带来了一系列新的挑战。

　　为了有选择性地分析某人呼吸中的化学物质或分子，首先需要将其冷却并凝结为液体。在临床环境中，这个冷却步骤与分析是分开进行的。潮湿的呼吸样本在一桶桶冰或者大型冷藏冷却器中冷却。相比之下，高的新口罩是自冷却的。呼吸通过一个被动冷却系统进行冷却，该系统将水凝胶蒸发冷却与辐射冷却相结合，能够有效地在口罩上为呼吸降温。

　　“这种口罩代表了呼吸和代谢疾病管理以及精准医疗的新范式，因为我们能够通过日常所用的口罩轻松获取呼吸样本，并实时分析呼吸中的化学分子，”该研究的主要作者、加州理工学院的研究生温正恒说。“呼吸冷凝物包含可溶性气体，以及以气溶胶或液滴形式存在的非挥发性物质，例如代谢物质、炎症指标和病原体。”

　　一旦呼吸转化为液体，一系列属于被称为仿生微流体这一类设备的毛细血管会立即将液体输送至传感器进行分析。

　　分析结果随后能够无线传输到个人手机、平板电脑或电脑上。“这种智能口罩的制作成本相对较低，”高说。“其材料成本仅约为 1 美元。”

　　为了测试这些口罩，该团队开展了一系列研究，主要针对哮喘或慢性阻塞性肺病患者。他们特地监测患者呼吸中的亚硝酸盐，这是这两种疾病中炎症的生物标志物。结果显示，口罩准确检测出了生物标志物，这表明患者的气道存在炎症。

　　在另一项研究中，该团队证实口罩能准确检测受试者的血液酒精水平，这表明口罩能够用于现场酒驾检查或其他形式的酒精消费监测。

　　“用于 EBC 采集和分析的智能口罩平台在实时监测肺部健康的潜力方面代表了重大进步，”共同作者哈里·罗西特说道，