大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)了一種可穿戴傳感器設(shè)備，可以直接應(yīng)用到人體皮膚上，以測(cè)量個(gè)人的狀況，包括溫度、心率和血氧水平。該設(shè)備被設(shè)計(jì)成可以像臨時(shí)紋身一樣直接貼在人體上，并帶有一個(gè)小型無(wú)線模塊，利用NFC RFID技術(shù)或感應(yīng)耦合技術(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩?hù)的智能手機(jī)上。

賓夕法尼亞州立大學(xué)工程科學(xué)與力學(xué)系在該學(xué)院助理教授Huanyu "Larry" Cheng的領(lǐng)導(dǎo)下開(kāi)發(fā)了這個(gè)系統(tǒng)。這種可穿戴設(shè)備由基于納米銀的傳感器和可粘在皮膚上的柔性印刷電路板組成，可以使用電池來(lái)捕獲測(cè)量數(shù)據(jù)，還可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并將這些信息傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)上。或者，系統(tǒng)可以通過(guò)詢(xún)問(wèn)支持NFC的設(shè)備來(lái)充電，在這種情況下不需要電池。

當(dāng)用戶(hù)完成了可穿戴設(shè)備的使用，例如在監(jiān)測(cè)完成或疾病治愈好后，他只需移除無(wú)線模塊和相關(guān)電路即可;而附著在皮膚上的傳感器陣列可以溶解在溫水中，然后被洗掉。

如果這套解決方案獲得商業(yè)化，那么對(duì)患者和醫(yī)療行業(yè)來(lái)說(shuō)，好處是可以建立起一個(gè)負(fù)擔(dān)得起的系統(tǒng)，來(lái)臨時(shí)跟蹤個(gè)人生命體征，而不需要擔(dān)負(fù)有線電子設(shè)備。這可用于診斷測(cè)試、恢復(fù)監(jiān)測(cè)或工作場(chǎng)所安全目的。

新興技術(shù)研究和咨詢(xún)公司Lux Research的研究分析師li sheng Gao表示，傳統(tǒng)的可穿戴傳感器如果使用了電線，會(huì)讓人感到不舒服，也不方便。一般來(lái)說(shuō)，醫(yī)護(hù)人員必須將此類(lèi)設(shè)備連接到人體上，這樣佩戴和維護(hù)起來(lái)會(huì)很麻煩。

Gao解釋說(shuō)：“新開(kāi)發(fā)的這種傳感器設(shè)備非常重要的一點(diǎn)是能減少佩戴有線傳感器的不適和挫敗感。”

市面上有一些可穿戴傳感器是無(wú)線的，使用了柔性印刷電路板進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè);然而，這些傳感器需要制造工藝，如平版印刷或在基板上直接印刷，然后才能連接到主體上。因此，賓夕法尼亞州立大學(xué)工程系學(xué)生和Cheng一起，在2019年開(kāi)始開(kāi)發(fā)一種可以戴在皮膚上的系統(tǒng)。他們的目標(biāo)是“用可穿戴傳感器來(lái)收集有關(guān)個(gè)人健康的重要信息，使醫(yī)生能夠及時(shí)提供病人所需的治療”。

這個(gè)新系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于它在低溫下的制造方式，這使得它可以直接應(yīng)用于人體皮膚。該制造系統(tǒng)由作為傳感器的金屬納米顆粒組成，在低溫下燒結(jié)到紙或織物上，形成柔性印刷電路板，然后使用可在溫水中分解的聚乙烯醇糊狀物直接燒結(jié)到皮膚上。

一旦系統(tǒng)商業(yè)化了，就可以將傳感器以工具包的形式提供給用戶(hù)，該工具包可能包括多個(gè)傳感器貼紙和一個(gè)可附著在人體上的無(wú)線模塊。Cheng說(shuō)：“我們可以封裝電路，內(nèi)置可回收電路、芯片和天線，可以與另一個(gè)可穿戴式傳感器重復(fù)使用。”

這種傳感器設(shè)計(jì)得很簡(jiǎn)單，可以放在皮膚上像貼紙或臨時(shí)紋身一樣“壓印”。通過(guò)使其易于使用和移除，研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)可讓患者或消費(fèi)者自助服務(wù)的系統(tǒng)，而不需要醫(yī)生的幫助。用戶(hù)佩戴傳感器的時(shí)間通常是有限的。佩戴好傳感器設(shè)備后，他們可以把智能手機(jī)帶到距離傳感器幾厘米的地方，這樣NFC就可以為無(wú)線模塊供電。

如果系統(tǒng)還附帶了一個(gè)應(yīng)用程序，用戶(hù)就可以確定傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在哪里，以及通過(guò)手機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送給誰(shuí)。該應(yīng)用程序可能會(huì)安排自動(dòng)詢(xún)問(wèn)，在這種情況下，手機(jī)的NFC閱讀器就會(huì)定期向傳感器的NFC標(biāo)簽發(fā)送信號(hào)。然后，標(biāo)簽會(huì)捕獲傳感器數(shù)據(jù)，連同它自己的唯一ID號(hào)一起傳輸回手機(jī)。感應(yīng)耦合的使用方式也類(lèi)似，不過(guò)用戶(hù)需要將手持設(shè)備置于傳感器電路的接觸范圍內(nèi)。

此外，NFC天線或嵌入NFC的紡織品可以設(shè)計(jì)成將讀取范圍從幾厘米擴(kuò)展到10厘米甚至更大，這樣如果手機(jī)在傳感器佩戴者的口袋中，就可以進(jìn)行詢(xún)問(wèn)。Cheng說(shuō)，藍(lán)牙模塊也可以連接到傳感器上，將藍(lán)牙芯片焊接到傳感器上。這些可穿戴設(shè)備可以包含一個(gè)用于監(jiān)測(cè)溫度水平的傳感器，也可以在銷(xiāo)售時(shí)內(nèi)置多個(gè)傳感器。Cheng預(yù)測(cè)，這套解決方案還可以檢測(cè)到健康問(wèn)題，例如，在患者意識(shí)到心臟病發(fā)之前，就已預(yù)測(cè)到了心臟病。

此外，這種技術(shù)可能會(huì)使COVID-19患者受益，這類(lèi)患者可以在家中康復(fù)，而無(wú)需醫(yī)生的直接護(hù)理。如果一個(gè)人的病情惡化，傳感器可以識(shí)別出溫度突然升高或血氧水平下降。“在照顧冠狀病毒患者時(shí)，這類(lèi)信息至關(guān)重要。”Cheng表示。

到目前為止，研究人員已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試了原型，他們現(xiàn)在正在尋找技術(shù)合作伙伴來(lái)幫助推廣這一解決方案。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行動(dòng)物和人類(lèi)臨床研究，然后進(jìn)行商業(yè)化。

Cheng表示，他們已經(jīng)與幾家此類(lèi)公司進(jìn)行了討論。這套系統(tǒng)也已經(jīng)在學(xué)生手上進(jìn)行了試驗(yàn)，且可以放在人體皮膚的任何地方。該可穿戴設(shè)備的大小會(huì)有所不同，這取決于是使用單個(gè)傳感器還是以不同的方式使用傳感器陣列。據(jù)Gao稱(chēng)，Lux Research發(fā)現(xiàn)該技術(shù)在商業(yè)和醫(yī)療方面有價(jià)值，“我們認(rèn)為這對(duì)醫(yī)學(xué)應(yīng)用技術(shù)來(lái)說(shuō)很有前景”。

這套解決方案不僅適用于患者，也適用于工作場(chǎng)所的人，比如處在危險(xiǎn)環(huán)境中的員工。Gao補(bǔ)充說(shuō)，這可以直接連接到他們的皮膚上，而不是將傳感器連接到他們的衣服上，盡管皮膚附著的不持久性在某些環(huán)境中可能會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。其中一個(gè)挑戰(zhàn)可能是傳感器在高溫環(huán)境中要能保持附著在皮膚上。在高溫環(huán)境中，熱量和汗水可能會(huì)使設(shè)備松動(dòng)。

Gao指出，將這項(xiàng)技術(shù)推向市場(chǎng)還需要時(shí)間，可能至少需要五年的時(shí)間。“我們的看法是，我們肯定看到了技術(shù)的價(jià)值，它可能會(huì)重塑用于醫(yī)療目的的生物傳感器網(wǎng)絡(luò)。”