新型多功能皮肤贴片可跟踪血压和心率同时监控酒精和咖啡因的水平

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Photo: UC San Diego

又好又灵活的健康传感器怎么样？

有朝一日，基于这种可弯曲电子技术的应用很可能会通过光滑、金色的皮肤贴片来取代目前市场上一些笨重的可穿戴设备。

现在，加州大学圣地亚哥可穿戴传感器中心的一个团队已经开发出一种弹性皮肤贴片，它将酒精、咖啡因、葡萄糖和乳酸的电化学传感器与一种基于超声波的传感器结合起来，这种传感器可以监测身体深处的血压。作者说，这是第一款可以同时跟踪心脏信号和生化水平的可穿戴设备，研究成果发表在《自然生物医学工程（Nature Biomedical Engineering）》杂志上。

“传统上，这两种信号由不同的设备分别监控，”研究合著者、UCSD纳米工程师Sheng Xu说。“通过缩小这两者之间的差距，我们可以更全面地了解人体内的情况。”

粘贴式贴片可以帮助医生在COVID-19大流行期间远程监控患者，因为人们希望避免亲自就诊。该研究的合著者、UCSD中心主任Joseph Wang说，它还可以帮助家里的人追踪高血压、糖尿病或其他疾病，且不会产生不适感。

Joseph Wang还表示，这将不仅仅适用于医疗保健：研究小组预计，这种贴片将被体育和军事团体用于监测运动员和士兵，并与百事公司合作，用它来衡量食品的营养效果。

十多年来，Wang的实验室一直在开发一套无线、灵活的传感器，使用印刷电极来感应皮肤上的化学物质。一个这样的传感器可以在汗液刺激后检测乳酸、酒精和咖啡因。另一种方法是通过在皮肤上通温和的电流来提取液体，从而测量皮肤下液体中的葡萄糖。

2018年，Xu的团队构建了一个可弯曲的贴片，该贴片使用由弹簧状电线连接的电子“岛”阵列来产生超声波。这些超声波可以探测和记录皮肤下4厘米深的血管搏动的动态，从而无创地测量血压和心率。尽管血压是一个重要的生命体征，但长期以来，消费者可穿戴设备中的血压一直处于缺失状态，因为它需要测量皮肤下方的力，而大多数消费者健康传感器只检测表面信号。

“我们提出了一个共同的建议，将两种完全不同的纹身技术结合在一起，”Wang说。Xu说，组合不同传感器的最大挑战是消除可能在信号中引入噪声或伪影的串扰。

一旦他们有了一个可工作的原型，合作者们就在实验室里的几个志愿者身上测试了这个装置，这些志愿者在做各种任务时戴着这个贴片，包括锻炼、吃饭和喝酒。

贴片上的每一个测量值都由一个gold-standard的监测设备进行验证，比如血压计、血糖计或呼气分析仪。研究小组还扭曲和弯曲了贴片，但在皮肤上，它依旧保持了传感器之间没有串扰的准确读数，Wang说。

Xu说，论文中描述的原型版本通过软电缆与计算机和电源相连，但该小组正在努力消除这些电缆，降低补丁的能源需求。当研究小组准备扩大这种贴片的制造规模时，Xu和Wang希望它的成本足够低，可以在使用后进行处理。“请持续关注，”Xu说。