像創(chuàng)可貼一樣的可穿戴設(shè)備利用汗液,實現(xiàn)指尖健康監(jiān)測
汗液驅(qū)動的可穿戴設(shè)備有望讓持續(xù)、個性化的健康監(jiān)測變得像貼創(chuàng)可貼一樣輕松。加州大學(xué)圣地亞哥分校的工程師們開發(fā)出了一種電子手指套,它可以監(jiān)測指尖汗液中的重要化學(xué)物質(zhì)水平,例如葡萄糖、維生素甚至藥物,而汗液正是其能量來源。
該項進(jìn)展由加州大學(xué)圣地亞哥分校化學(xué)與納米工程系教授Joseph Wang的研究小組于9月3日發(fā)表在《自然電子學(xué)》雜志上。
該設(shè)備緊緊包裹在手指上,從一個意想不到的來源——指尖的汗液中獲取能量。盡管指尖很小,但卻是人體最活躍的汗腺之一,每個指尖都擠滿了一千多個汗腺。即使在休息時,這些汗腺也能產(chǎn)生比身體其他部位多100到1000倍的汗液。這種自然流汗的持續(xù)細(xì)流,提供了可靠的能量來源,即使在不活動或睡眠期間也能為設(shè)備提供能量。
該設(shè)備由多個電子元件構(gòu)成,這些電子元件印刷在薄而柔韌、可拉伸的聚合物材料上。其設(shè)計使其能夠貼合手指,同時足夠耐用,能夠承受反復(fù)彎曲、拉伸和移動?!八谀芰渴占痛鎯υ某錾?,流體微通道中的多個生物傳感器以及相應(yīng)的電子控制器,全部位于指尖?!蓖跽f。
其運(yùn)行的核心是位于設(shè)備與指尖接觸處的生物燃料電池。這些電池經(jīng)過特殊設(shè)計,可有效收集汗液中的化學(xué)物質(zhì)并將其轉(zhuǎn)化為電能。電能儲存在一對可拉伸的氯化銀鋅電池中,這些電池為一系列傳感器(總共四個)供電,每個傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測一種特定的生物標(biāo)志物:葡萄糖、維生素C、乳酸和左旋多巴(一種用于治療帕金森病的藥物)。當(dāng)汗液通過微小的紙質(zhì)微流體通道輸送到這些傳感器時,該設(shè)備會分析生物標(biāo)志物水平,同時從采集的汗液中獲取所需的能量。一個小芯片處理來自傳感器的信號,并通過低功耗藍(lán)牙將數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)綄iT設(shè)計的智能手機(jī)或筆記本電腦應(yīng)用程序。
“這是一種觸手可及的自動健康監(jiān)測設(shè)備。”這項研究的共同第一作者、加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院王教授研究小組的博士后研究員丁世超(音)說道,“佩戴者可以休息或睡覺,該設(shè)備仍然可以收集能量并跟蹤生物標(biāo)志物水平?!?/p>
在測試中,受試者全天佩戴該設(shè)備來追蹤進(jìn)餐時的血糖水平、伏案工作和運(yùn)動時的乳酸水平、喝橙汁時的維生素C水平以及食用蠶豆(該化合物的天然來源)后的左旋多巴水平。
Ding和共同第一作者Tamoghna Saha表示,該設(shè)備可以通過檢測不同的生物標(biāo)志物組合來定制,以滿足個人健康需求。研究人員正在開發(fā)一個閉環(huán)系統(tǒng),該系統(tǒng)不僅可以監(jiān)測生物標(biāo)志物,還可以根據(jù)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行治療。例如,在糖尿病的情況下,這種設(shè)備可以持續(xù)監(jiān)測血糖水平并根據(jù)需要自動輸送胰島素,然后通過進(jìn)一步監(jiān)測生物標(biāo)志物水平來評估治療效果。
丁說:“將自主供電、傳感和治療功能集成到一個設(shè)備中,這是我們的最終目標(biāo)。
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