女性每月“体检”新范式：智能卫生巾将经期转变为健康洞察的窗口

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想象一下，一种日常卫生用品不仅能提供舒适与保护，还能化身为一个微型诊断实验，在你最不经意的时候，悄然守护你的健康。这听起来像是科幻小说的情节，但来自苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）及其合作机构的一组研究人员，正将这一设想变为现实。他们开发出一种名为“MenstruAl”的可穿戴“巾上诊断”平台，巧妙地利用了常被忽视的经血，为疾病生物标志物的无创检测开辟了新途径。

在现代医学中，血液检测是了解我们身体状况的黄金标准，但其侵入性、对专业设备和复杂处理流程的依赖，往往使其难以成为频繁、便捷的健康“哨兵”。而MenstruAl系统则独辟蹊径，将目光投向了经血——这一每月都会“造访”的独特生物样本。研究表明，经血中许多临床分析物的生物标志物水平与静脉血中的水平高度相关，且其天然具有较低的凝血因子浓度和血红蛋白干扰，使其成为即时检测（POC）的理想候选者。

图1 MenstruAl平台

技术突破：驱动‘巾’上实验室的微观工程

MenstruAl的核心在于将先进的微流控技术和横向流动检测技术（LFAs）——类似于家用验孕棒的原理——集成到一片普通的卫生巾中。研究团队成功设计并优化了针对三种关键生物标志物的LFA传感器（图2）：

● C反应蛋白（CRP）：一种与感染和炎症相关的标志物。

● 癌胚抗原（CEA）和癌抗原125（CA-125）：与多种癌症（尤其是妇科癌症）及子宫内膜异位症等妇科疾病相关的生物标志物。

图2 设计适合在临床相关检测窗口中检测人血清和全血中生物标志物的LFA

关键的工程挑战之一是如何在实际使用中精确控制不定量、不定时的经血样本量。研究人员为此设计了两种巧妙的软硅胶微流控装置原型（图3），嵌入LFA试纸条：

1. 原型一：包含一个特定容量的入口储存器（150微升），其底部设有一层可随时间溶解的PVP（聚乙烯吡咯烷酮）薄膜。当血液充满储存器后，LFA测试开始进行；随后薄膜溶解，多余的液体则被下方的吸收层吸走，确保测试条不会“过载” 。

2. 原型二：利用毛细管压力驱动的微流控原理。当经血接触到卫生巾表层时，会自动被引导至一个约60微升的入口，并通过毛细管（约25微升容量）精确导向LFA试纸条。一旦LFA的样本垫润湿，气流即被阻断，压力梯度消失，从而阻止更多液体进入，实现了“自停式”的精准加样。

图3 软硅外壳的概念、嵌入式纸基可穿戴传感器和可穿戴性模拟

智能算法加持：让结果判读不再“雾里看花”

仅仅实现检测还不够，结果的准确判读同样重要，尤其是在处理全血样本时，红细胞的干扰可能导致假阳性或假阴性。MenstruAl平台为此引入了基于机器学习的智能手机应用程序（图4）。

图4 基于 MenstruAI 机器学习的图像分析软件的概念和工作流程

用户只需用手机拍摄LFA试纸条的读取区域，应用程序内置的卷积神经网络（CNN）便会自动识别检测区域（其读出区域检测模型的mAP50高达0.995），并通过另一组模型精确分割和量化测试线和控制线的颜色强度（分类和峰值分割模型准确率超过0.90）（图5）。

图5 MenstruAI 基于机器学习的分析软件的性能

这些强度值随后会与预设的校准曲线进行比对，从而给出生物标志物的半定量浓度结果（图6）。这不仅消除了肉眼判读的主观性，还为用户提供了即时、可靠的健康反馈。

图6 用于经血中生物标志物检测的多路纸质传感器和 MenstruAI 的智能手机应用程序分析

颠覆性潜力与未来展望

MenstruAl的创新之处不仅在于其巧妙的工程设计和对“废弃”生物样本——经血的创造性利用，更在于它所展现的巨大应用潜力：

● 无创便捷：用户几乎无需改变任何生活习惯，即可在日常生理周期中完成健康监测。

● 经济可及：研究人员估计，单个集成LFA的卫生巾成本约为1美元，这使得大规模推广和在资源匮乏地区的应用成为可能。

● 早期预警：通过对炎症、癌症及妇科疾病相关标志物的定期监测，有望实现相关健康问题的早期发现和干预，提升治疗效果。

● 个性化健康管理：长期数据追踪能够帮助用户和医生更好地了解个体健康状况的动态变化。

虽然目前该平台仍处于原型验证阶段，未来还需要更大规模的临床试验来验证其在不同人群中的普适性和可靠性，但MenstruAl无疑为女性健康监测描绘了一幅激动人心的蓝图。它不仅有望将一次性的生理用品转变为强大的健康管理工具，更有可能从根本上改变女性获取健康信息的方式，真正实现“将健康掌握在自己手中”的愿景，推动医疗保健的普及化和平等化。这不仅仅是一项技术创新，更预示着一场以用户为中心、以预防为导向的健康管理模式的深刻变革。

相关研究与产品

该研究本身旨在开发一种新型的、集成的“巾上诊断”平台（MenstruAl），并强调了其在直接、无创检测未经处理经血中生物标志物方面的“首创性”。其相关性更多体现在它借鉴了成熟的LFA技术，并对以往经血利用方式和卫生巾传感器功能进行了显著的拓展和集成创新：

● 其他体液的即时检测（POC）技术：研究中提到，基于横向流动检测技术（LFA）的唾液或尿液分析已经相对成熟[1][2]，这些技术与MenstruAl同属于即时检测的范畴，但使用的生物样本不同。

● 先前利用经血进行健康监测的研究：文献指出，近年来有研究探索了利用经血进行健康监测，例如用于糖尿病患者的糖化血红蛋白（HbA1c）测量[3]或人乳头瘤病毒（HPV）检测[4]。但这些研究中的样本（如月经垫上的干燥血斑）通常需要洗脱并在中心化的分析实验室进行处理。MenstruAl的不同之处在于其实现了直接的“巾上”检测和分析，无需复杂的后续处理。

● 早期基于卫生巾的传感器概念：文献中提及，虽然之前也出现过一些基于卫生巾的传感器概念，但它们主要集中在如失血量监测[5]或pH值水平检测[6]，而并未利用经血获取个体生理状态的生物标志物信息。

总的来说，这项研究创新性在于直接分析未经处理的经血，并集成了流体控制和机器学习辅助的解读，期望未来MenstruAl在功能完整性、直接检测复杂性以及智能化程度上能够达到不同人群中的普适性和可靠性，且转化为满足上述所有特定功能的商业化产品！

▼参考资料

[1]Li, Hua, and Andrew J. Steckl. “Paper microfluidics for point-of-care blood-based analysis and diagnostics.” Analytical chemistry 91.1 (2018): 352-371. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.analchem.8b03636

[2]McNerney, Monica P., et al. “Point-of-care biomarker quantification enabled by sample-specific calibration.” Science advances 5.9 (2019): eaax4473. https://www.science.org/doi/abs/10.1126/sciadv.aax4473

[3]Naseri, Sara, Ryan Charles Leung Brewster, and Paul D. Blumenthal. “Novel use of menstrual blood for monitoring glycaemic control in patients with diabetes: a proof-of-concept study.” BMJ Sexual & Reproductive Health 48.2 (2022): 123-127. https://srh.bmj.com/content/48/2/123.abstract

[4]Naseri, Sara, et al. “Screening for high-risk human papillomavirus using passive, self-collected menstrual blood.” Obstetrics & Gynecology 140.3 (2022): 470-476.

[5]Mukherjee, Manideepa, et al. “MenstruLoss: sensor for menstrual blood loss monitoring.” Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable andUbiquitousTechnologies3.2(2019):1-21. https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3328929

[6]Kuswandi, Bambang, Nur Andriani, and Ari S. Nugraha. “Simple monitoring of pH and urea in whole blood using wearable smart woman pad.” BioImpacts:BI12.1(2021):43.https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8783083/

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编辑 | 郝娅婷

排版 | 周宇茜

审核 | 医工学人理事会

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