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「假設(shè)你家里有糖尿病患者，希望能夠24小時(shí)不斷地監(jiān)測(cè)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(duì)和美國(guó)健康研究院以及一些美國(guó)和中國(guó)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(cè)量裝置采用的是光學(xué)成像技術(shù)，要求患者在使用的時(shí)候保持靜止不動(dòng)。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(huì)影響需要測(cè)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(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。同時(shí)，醫(yī)用膠帶也可以幫助將裝置固定。 「事實(shí)上，我們正在做的就是消除身體和測(cè)量裝置之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這使得測(cè)量裝置可以在不限制人體運(yùn)動(dòng)的情況下獲得較真實(shí)的數(shù)據(jù)。」 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(cè)血液流動(dòng)引起的溫度變化來檢測(cè)血液流動(dòng)情況 該裝置內(nèi)的1.5毫米熱致動(dòng)器被加熱6至7℃，以提供測(cè)量的熱背景。這個(gè)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(dòng)器周圍的兩個(gè)環(huán)狀傳感器的檢測(cè)精度可達(dá)到0.01℃。不僅如此，電腦算法還可以幫助識(shí)別不同血液流速下的圖像。 經(jīng)過志愿者的測(cè)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(cè)量的過程如下：測(cè)試者站著不動(dòng)五分鐘，然后他們向上和向下的有氧運(yùn)動(dòng)三分鐘，最后躺下。最后研究人員將測(cè)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(chǎng)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(cè)量血液流動(dòng)的裝置，以期將其做的更小。下一步的話將會(huì)是開發(fā)一種設(shè)備，可通過毛細(xì)血管來監(jiān)測(cè)血液流動(dòng)，而不是目前的通過較大血管的血液流動(dòng)來監(jiān)測(cè)。 |
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