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科学家开发出可测皮肤下血液流动的柔性传感

2019-03-10 23:54:18

图片来源:伊利诺伊大学香槟分校。本文来自ee,作者Jeremy Hsu,机器之心编译出品,参与成员:杨超,汪汪。

可穿戴传感器可以贴身测量病人的健康状态,并且可以24小时全天候记录患者的血液流动情况。测试表明,由伊利诺伊大学香槟分校的研究团队开发的可穿戴监测器,可以测量皮肤表层1到2毫米的血液流动。这意味着在未来人们可以在不影响日常生活的情况下,采用这种可穿戴设备实时监测器血液流动状态。

「假设你家里有糖尿病患者,希望能够24小时不断地监测其血管的变化,很可惜,今天我们还办不到。」 材料科学与工程学院博士研究生Richard Chad Webb说。伊利诺伊大学的科研团队和美国健康研究院以及一些美国和中国的研究人员一起,开发了这款可穿戴设备。Webb是该研究论文的作者,该论文发表在《科学进展》( Science Advances)杂志上。

抛弃光学成像技术的柔性传感器

大多数的测量装置采用的是光学成像技术,要求患者在使用的时候保持静止不动。Webb及其同事转而将目光投向了可穿戴电子技术,以期找到一种可能的解决方案。

终,研究人员开发了一种质轻超薄的装置,这种装置可以放置在皮肤表层,而不会影响需要测量的血液。由于范德华力(分子间作用力)的存在,这种装置可以和皮肤紧密接触,从而可以避免传感器和皮肤之间的相对运动对测量结果产生影响。同时,医用胶带也可以帮助将装置固定。

「事实上,我们正在做的就是消除身体和测量装置之间的相对运动。这使得测量装置可以在不限制人体运动的情况下获得较真实的数据。」

Webb和他的同事采用了超薄层的硅、金、铬和铜制备该设备。传感器的大部分都是40微米厚的硅树脂层,其他层的厚度大约只有数十纳米左右。这种可穿戴装置——

通过检测血液流动引起的温度变化来检测血液流动情况

该装置内的1.5毫米热致动器被加热6至7℃,以提供测量的热背景。这个温度听起来是非常明显的差别,但是仍然低于皮肤的灵敏度。这种装置的热能量密度为3.5毫瓦每平方毫米,因此穿戴者几乎感觉不到差别。致动器周围的两个环状传感器的检测精度可达到0.01℃。不仅如此,电脑算法还可以帮助识别不同血液流速下的图像。

经过志愿者的测试,这种可穿戴传感器穿戴在手腕处的工作方式也渐渐清晰。血流测量的过程如下:测试者站着不动五分钟,然后他们向上和向下的有氧运动三分钟,躺下。研究人员将测试获得的数据和通过光学成像原理的装置获得的数据进行比较,从而确保数据的正确性。

在该装置进行商业化以前,仍然有很多事情要做

研究人员仍然需要制定出电力供应的问题,以及将数据无线传输到电脑或者其他设备的解决方案。但是如果这一步一旦成功,这样的装置必将引起医学界的一场革命,即通过这样的方式来获得人类的健康状态的数据,例如糖尿病、血管硬化和一般人的衰老问题等。

科学家开发出可测皮肤下血液流动的柔性传感

这样的可穿戴设备也可以植入器官中,手术工具或者可植入装置中。目前,Webb及其同事将继续优化这种测量血液流动的装置,以期将其做的更小。下一步的话将会是开发一种设备,可通过毛细血管来监测血液流动,而不是目前的通过较大血管的血液流动来监测。

转载请联系公众号:机器之心(almosthuman2014)获得授权,个人号“jiqizhixin2014”

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