可穿戴傳感器可以貼身測量病人的健康狀態(tài)，并且可以24小時全天候記錄患者的血液流動情況。測試表明，由伊利諾伊大學(xué)香檳分校的研究團(tuán)隊開發(fā)的可穿戴監(jiān)測器，可以測量皮膚最表層1到2毫米的血液流動。這意味著在未來人們可以在不影響日常生活的情況下，采用這種可穿戴設(shè)備實時監(jiān)測器血液流動狀態(tài)。
「假設(shè)你家里有糖尿病患者，希望能夠24小時不斷地監(jiān)測其血管的變化，很可惜，今天我們還辦不到。」 材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生Richard Chad Webb說。伊利諾伊大學(xué)的科研團(tuán)隊和美國健康研究院以及一些美國和中國的研究人員一起，開發(fā)了這款可穿戴設(shè)備。Webb是該研究論文的作者，該論文發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（ Science Advances）雜志上。
拋棄光學(xué)成像技術(shù)的柔性傳感器
大多數(shù)的測量裝置采用的是光學(xué)成像技術(shù)，要求患者在使用的時候保持靜止不動。Webb及其同事轉(zhuǎn)而將目光投向了可穿戴電子技術(shù)，以期找到一種可能的解決方案。
最終，研究人員開發(fā)了一種質(zhì)輕超薄的裝置，這種裝置可以放置在皮膚表層，而不會影響需要測量的血液。由于范德華力（分子間作用力）的存在，這種裝置可以和皮膚緊密接觸，從而可以避免傳感器和皮膚之間的相對運(yùn)動對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。同時，醫(yī)用膠帶也可以幫助將裝置固定。
「事實上，我們正在做的就是消除身體和測量裝置之間的相對運(yùn)動。這使得測量裝置可以在不限制人體運(yùn)動的情況下獲得較真實的數(shù)據(jù)?！?/span>
Webb和他的同事采用了超薄層的硅、金、鉻和銅制備該設(shè)備。傳感器的大部分都是40微米厚的硅樹脂層，其他層的厚度大約只有數(shù)十納米左右。這種可穿戴裝置——
通過檢測血液流動引起的溫度變化來檢測血液流動情況
該裝置內(nèi)的1.5毫米熱致動器被加熱6至7℃，以提供測量的熱背景。這個溫度聽起來是非常明顯的差別，但是仍然低于皮膚的靈敏度。這種裝置的熱能量密度為3.5毫瓦每平方毫米，因此穿戴者幾乎感覺不到差別。致動器周圍的兩個環(huán)狀傳感器的檢測精度可達(dá)到0.01℃。不僅如此，電腦算法還可以幫助識別不同血液流速下的圖像。
經(jīng)過志愿者的測試，這種可穿戴傳感器穿戴在手腕處的工作方式也漸漸清晰。血流測量的過程如下：測試者站著不動五分鐘，然后他們向上和向下的有氧運(yùn)動三分鐘，最后躺下。最后研究人員將測試獲得的數(shù)據(jù)和通過光學(xué)成像原理的裝置獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而確保數(shù)據(jù)的正確性。
在該裝置進(jìn)行商業(yè)化以前，仍然有很多事情要做
研究人員仍然需要制定出電力供應(yīng)的問題，以及將數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)诫娔X或者其他設(shè)備的解決方案。但是如果這一步一旦成功，這樣的裝置必將引起醫(yī)學(xué)界的一場革命，即通過這樣的方式來獲得人類的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)，例如糖尿病、血管硬化和一般人的衰老問題等。
這樣的可穿戴設(shè)備也可以植入器官中，手術(shù)工具或者可植入裝置中。目前，Webb及其同事將繼續(xù)優(yōu)化這種測量血液流動的裝置，以期將其做的更小。下一步的話將會是開發(fā)一種設(shè)備，可通過毛細(xì)血管來監(jiān)測血液流動，而不是目前的通過較大血管的血液流動來監(jiān)測。
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