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微型紋身傳感器為健康把關(guān)
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2014/11/17

  美國加州大學圣地亞哥分校(University of California San Diego;UCSD)最近在奈米感測器的研究方面取得了豐富的成果。根據(jù)該校穿戴式感測器研究中心(Center for Wearable Sensors)的研究人員們表示,目前已經(jīng)針對各種醫(yī)療用途開發(fā)出幾款適合皮膚使用的微型低成本感測器/傳感器原型。

  UCSD奈米工程學系教授兼該校穿戴式感測器研究中心總監(jiān)Joe Wang展示一種配備電化學感測器的暫時性紋身貼紙,可即時監(jiān)測電解質(zhì)與代謝物。這種紋身貼紙采用網(wǎng)版印刷制造,可持續(xù)配戴長達一周之久。

紋身貼紙感測器透過藍牙低功耗技術(shù)傳送資料


  這種感測裝置“耦合了以皮膚為基底的彈性以及電化學性能”,從而實現(xiàn)高效率的感測功能。內(nèi)建的感測器利用液滴的方式實現(xiàn)非侵入式的糖尿病監(jiān)測,還能透過用戶的汗液評估耐力與體能。這種紋身感測器能夠承受至少50次的使用后,仍保有原來的形狀和性能。

  此外,這種感測器/傳感器還可追蹤偵測重金屬元素,例如鉛含量低至僅十億分之一(1ppb)的重金屬。Joe Wang并補充說,這種紋身貼紙感測器在開發(fā)成可印制的生物燃料或鋅電池的形式時,還可用于采集能量,利用汗水來為 LED 供電。


  這項研究一開始是將可印式織物感測器縫進內(nèi)衣的彈性腰帶來進行測量。如圖所示,衣物上的多電極層能夠感測爆裂物,而手套上的“法醫(yī)手指”感測器則可用于在犯罪現(xiàn)場進行分析。

  “我們的目標是在衣袖上開發(fā)一個"法醫(yī)實驗室",能夠以衣袖上的電極檢測爆炸物與槍擊殘留物,”Joe Wang表示。

  Joe Wang及其開發(fā)團隊并與美國海軍合作,將可印式感測器放在潛水服中,用于監(jiān)測水下安全與環(huán)境情況。

  此外,微創(chuàng)微針感測器/傳感器也正在開發(fā)中。研究人員們希望能夠創(chuàng)造出多達15種碳基微針電極陣列,以便監(jiān)測皮膚下的電解質(zhì)。這些微針幾乎可以完全植入皮下,除了監(jiān)測電解質(zhì)以外,還能有效地輸送藥物。


  (左)微針深度(右)9個微針陣列



  “我們持續(xù)監(jiān)測在皮膚下的多種化學標記。最終的目標在于建立意識、行為、處理和反饋系統(tǒng),并結(jié)合藥物輸送執(zhí)行器與感測器,”Wang說。

  為了更有效地提供用藥,每一種微針都將配備不同的儲液槽。醫(yī)生可觸發(fā)這些儲液槽以不同的時間間隔或劑量傳送藥物。

  加州大學圣地亞哥分校生物工程系的學生展示了這項經(jīng)驗證可行的概念,包括定點照護(POC)系統(tǒng)進行血糖監(jiān)測?蓴y式葡萄糖分子檢測平臺可插入于任何智慧型手機中,最終還可能用于更基本的手機中。該目標在于降低目前約23美元左右的葡萄糖監(jiān)測儀價格,而且也讓使資料可即時傳送給醫(yī)生。


  用于監(jiān)測葡萄糖的定點照護檢測系統(tǒng)


  長期不間斷的心電圖(ECG)監(jiān)測也需要用到可穿戴式感測器。研究人員們的設(shè)計利用ECG的“準周期性”—在心臟活動期間表現(xiàn)出的數(shù)據(jù)峰值,開發(fā)出可動態(tài)配置的裝置。盡管仍在電路設(shè)計階段,一名學生表示,這種可穿戴式感測器在顯示低訊號活動時,能夠自動進入低功率模式。

  在UCSD的整合系統(tǒng)神經(jīng)工程學系中有一項計劃,旨在透過更準確的測量視網(wǎng)膜活動,以及進一步探索有效的幻視,“促進視網(wǎng)膜假體治療神經(jīng)退化性失明的現(xiàn)況”。


  奈米工程視網(wǎng)膜假體研究


  藉由在完整的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞上傳送可控制的電子刺激脈沖,研究人員們能夠監(jiān)測視網(wǎng)膜的退化情況。這種脈沖可能導引視覺感知視網(wǎng)膜退化。為了更易于從退化的視網(wǎng)膜監(jiān)測光幻視現(xiàn)象,研究人員們在位于視網(wǎng)膜下的區(qū)域開發(fā)了一種具有光敏電極陣列的視網(wǎng)膜假體。

  這種視網(wǎng)膜假體還內(nèi)建植入式晶片與無線電源,可實現(xiàn)遠端資料遙測,讓研究人員們能夠注意到不同類型的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞,以及調(diào)整電刺激模式。該IC能夠發(fā)射6.78Mb/s的資料,并在13.56 MHz時提供高達6mW的功率。

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