这款柔软有弹性的贴片可以同时监测佩戴者的血压和生化水平。功劳:加州大学圣地亚哥分校王实验室/加州大学圣地亚哥分校的工程师开发了一种柔软、有弹性的皮肤贴片，可以戴在脖子上，持续跟踪血压和心率，同时测量佩戴者的葡萄糖水平以及乳酸盐、酒精或咖啡因水平。它是第一个在sam e时间监测心血管信号和人体多种生化水平的可穿戴设备。“这种类型的可穿戴设备将非常有助于有潜在医疗状况的人定期监测自己的健康，”加州大学圣地亚哥分校纳米工程博士学生、2月15日发表在《自然生物医学工程》上的这项研究的第一作者之一卢茵说。“它还将成为远程患者监测的一个很好的工具，尤其是在新冠肺炎大流行期间，人们尽量减少亲自去诊所。”
这种设备可以使患有高血压和糖尿病的人受益——这些人患新冠肺炎病的风险也很高。它也可以用来检测败血症的发作，败血症的特征是血压突然下降，同时乳酸水平迅速上升。
一个柔软的皮肤贴片可以做到这一切，也将为重症监护室的患者提供一个方便的选择，包括NICU的婴儿，他们需要持续监测血压和其他生命体征。这些程序目前包括将导管插入患者动脉深处，并将患者拴在多台医院监护仪上。
加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授、该研究的合著者约瑟夫·王(Joseph Wang)表示:“这里的新奇之处在于，我们采用完全不同的传感器，并将它们合并在一个像邮票一样小的小平台上。“我们可以用这款可穿戴设备收集如此多的信息，并且以非侵入性的方式进行，不会给日常活动带来不适或中断。”
新的补丁是加州大学圣地亚哥分校可穿戴传感器中心两项开创性工作的产物，王担任该中心的主任。王的实验室一直在开发能够同时监测体内多种信号——化学、物理和电生理信号——的可穿戴设备。在加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授徐升的实验室里，研究人员一直在开发柔软、有弹性的电子皮肤贴片，可以监测身体深处的血压。通过联合力量，研究人员创造了第一个将化学传感(葡萄糖、乳酸盐、酒精和咖啡因)与血压监测相结合的灵活、可拉伸的可穿戴设备。
“每个传感器都提供了物理或化学变化的独立图像。该研究的合著者徐说:“将它们整合在一个可穿戴的贴片上，可以让我们将这些不同的图片拼接在一起，从而更全面地了解我们体内的情况。”
将贴片戴在脖子上可提供最佳读数。信用:加州大学圣地亚哥分校所有行业补丁
贴片是一张可以贴合皮肤的弹性聚合物薄片。它配备了一个血压传感器和两个化学传感器——一个测量汗液中乳酸盐(体力消耗的生物标志物)、咖啡因和酒精的水平，另一个测量组织液中葡萄糖的水平。
该贴片能够一次测量三个参数，每个传感器一个参数:血压、葡萄糖以及乳酸盐、酒精或咖啡因。“理论上，我们可以同时检测所有的传感器，但这需要不同的传感器设计，”尹说，他也是王实验室的博士生。
血压传感器位于贴片中心附近。它由一组用导电墨水焊接在贴片上的小型超声波换能器组成。施加到换能器上的电压使它们向体内发送超声波。当超声波从动脉反弹时，传感器检测到回波，并将信号转换成血压读数。
化学传感器是由导电墨水丝网印刷在贴片上的两个电极。传感乳酸盐、咖啡因和酒精的电极印在贴片的右侧；它通过向皮肤中释放一种叫做毛果芸香碱的药物来诱发出汗，并检测汗液中的化学物质。感应葡萄糖的另一个电极印在左侧；它的工作原理是让温和的电流通过皮肤释放组织液，并测量组织液中的葡萄糖。
研究人员对测量这些特殊的生物标志物感兴趣，因为它们会影响血压。“我们选择的参数能让我们更准确、更可靠地测量血压，”第一作者之一、王实验室的纳米工程博士生Juliane Sempionatto说。
“假设你在监测自己的血压，你在白天看到峰值，认为有什么不对劲。但是生物标记读数可以告诉你这些峰值是由于酒精还是咖啡因的摄入。这种传感器的组合可以给你那种类型的信息，”她说。
在测试中，受试者在执行以下任务的各种组合时将贴片戴在脖子上:在静止的自行车上锻炼；吃高糖餐；喝含酒精的饮料；喝含咖啡因的饮料。贴片的测量值与商业监测设备(如血压袖带、血乳酸仪、血糖仪和呼气测醉仪)收集的值非常接近。穿着者咖啡因含量的测量结果是通过实验室中添加咖啡因的汗液样本的测量来验证的。
补丁的当前原型需要连接到台式机器和电源。学分:加州大学圣地亚哥分校工程挑战
制作补丁的最大挑战之一是消除传感器信号之间的干扰。为此，研究人员必须找出血压传感器和化学传感器之间的最佳间距。他们发现，一厘米的空间就能做到这一点，同时让设备尽可能小。
研究人员还必须弄清楚如何物理屏蔽化学传感器和血压传感器。后者通常配备有液体超声波凝胶，以产生清晰的读数。但是化学传感器也配备了自己的水凝胶，问题是，如果血压传感器的任何液体凝胶流出并与其他凝胶接触，都会造成传感器之间的干扰。因此，研究人员使用了一种固体超声波凝胶，他们发现这种凝胶和液体凝胶一样有效，但没有泄漏。
“寻找合适的材料、优化整体布局、以无缝方式将不同的电子产品集成在一起——这些挑战需要花很多时间来克服，”合著者之一、徐实验室的纳米工程博士生林木阳说。“我们很幸运能够在我们的实验室和王教授的实验室之间进行这种伟大的合作。在这个项目上与他们一起工作非常有趣。”
后续步骤
该团队已经在开发新版本的补丁，一个带有更多传感器的补丁。“有机会监测与各种疾病相关的其他生物标志物。我们希望给这种设备增加更多的临床价值，”Sempionatto说。
正在进行的工作还包括缩小血压传感器的电子元件。现在，传感器需要连接到电源和台式机器上才能显示读数。最终目标是把这些都贴在补丁上，让一切都无线化。
“我们想制造一个完全可穿戴的完整系统，”林说。
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