科學(xué)探索：在皮膚上繪制心臟功能檢測(cè)器
發(fā)布時(shí)間：2021-06-03
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科學(xué)探索：在皮膚上繪制心臟功能檢測(cè)器
心臟功能檢測(cè)器
一套模具和三支筆，這聽起來(lái)像是小時(shí)候我們用來(lái)繪畫的玩具。但科學(xué)家們卻用它們?cè)谄つw上畫出了具備實(shí)際功能的心臟監(jiān)護(hù)器。
這樣炫酷的技術(shù)，實(shí)際是從“可穿戴傳感器”演變而來(lái)。可穿戴傳感器是近幾年才發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)技術(shù)，能夠幫助醫(yī)生監(jiān)測(cè)佩戴者的多項(xiàng)健康指標(biāo)。但它卻不像普通的監(jiān)測(cè)設(shè)備一樣笨重，而是小小一片，就像一個(gè)暫時(shí)性紋身。但這種組裝的傳感器非常昂貴，并且由于無(wú)法完全貼合皮膚輪廓，監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)很容易受佩戴者的動(dòng)作影響。發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上的一項(xiàng)研究表示，一種新開發(fā)的畫在皮膚上的電子系統(tǒng)，可以解決可穿戴傳感器的這兩大問(wèn)題。
圖片來(lái)源：Pixabay
由休斯頓大學(xué)（University of Houston）的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)家Faheem Ershad領(lǐng)導(dǎo)的研究小組將碎銀片在一種多聚體溶液中混合均勻，首次研發(fā)出了能導(dǎo)電并且與人體皮膚相容的墨水。然后研究人員把墨水裝到經(jīng)改裝的圓珠筆里，照著志愿者身上的模具畫出需要的電路?！斑@就像是幼兒園小朋友在學(xué)畫形狀一樣，非常簡(jiǎn)單。”Ershad表示。等五分鐘后墨水風(fēng)干，一個(gè)能工作的傳感器就制作好了。最后把一個(gè)基礎(chǔ)的電引線粘在電路上，用來(lái)提供電源并傳輸數(shù)據(jù)到電腦。
僅用這個(gè)墨水，研究人員就可以測(cè)量皮膚含水量以及心臟和骨骼肌的電活動(dòng)。由于墨水與皮膚完美貼合，所以佩戴者不用擔(dān)心運(yùn)動(dòng)會(huì)影響傳感器并降低數(shù)據(jù)質(zhì)量。另外該墨水防汗、防摩擦，但你只需要用濕毛巾和肥皂，就可以將它輕松去除?！八芊€(wěn)定，并且可以很輕松地裝備在身體的任何部位。這個(gè)解決方案相當(dāng)優(yōu)美?！盌mitry Kireev表示。Kireev在德克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校（University of Texas at Austin）研究可穿戴生物電子設(shè)備，并未參與到此項(xiàng)研究中。
圖片來(lái)源：Pixabay
Ershad的團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了更復(fù)雜的設(shè)備。他們用了另外兩種墨水：一種當(dāng)做半導(dǎo)體，另一種作為電介質(zhì)（一種絕緣體）。通過(guò)用兩種墨水分別畫不同的圖層，研究者們?cè)谝粚悠つw狀的硅酮上畫出了溫度和應(yīng)變傳感器。“該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在文章中展示了非常有吸引力的應(yīng)用。”密蘇里大學(xué)（University of Missouri）的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)家Zheng Yan表示。Zheng Yan并未參與到本項(xiàng)研究中，但Yan和他的同事曾用鉛筆和紙開發(fā)出了相似的技術(shù)。可惜的是，由于他們使用的是被動(dòng)導(dǎo)體，因此無(wú)法向電路傳遞能量。Ershad表示，通過(guò)畫一些主動(dòng)導(dǎo)體，例如可以充當(dāng)開關(guān)和放大器的晶體管，他希望能創(chuàng)造出更復(fù)雜的傳感器，來(lái)檢測(cè)從汗液里的化合物到大腦電活動(dòng)等一系列健康指標(biāo)。
Ershad及其團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過(guò)畫出更高級(jí)的電路，打造出完全無(wú)線的傳感器。他們表示，這樣人們就可以用這些便宜的模具和筆，在家里監(jiān)測(cè)自己的健康狀況。
作者：Scott Hershberger
翻譯：洪藝瑞
審校：潘燕婷
引進(jìn)來(lái)源：科學(xué)美國(guó)人
引進(jìn)鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/new-pen-and-ink-method-draws-health-sensors-directly-on-skin


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