【《华人》传媒编辑王惠豫2021年2月16日】 加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的新闻中心网站发布了一则消息：加州大学圣地亚哥分校的研究人员开发了一种柔软、有弹性的皮肤贴片，可以戴在脖子上，持续跟踪血压和心率，同时测量佩戴者的血糖、乳酸、酒精或咖啡因水平。这是第一个同时监测心血管信号和人体内多种生化水平的可穿戴设备。
加州大学圣地亚哥分校纳米工程学博士生、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殷陆(LU YIN音译)说：“这种可穿戴设备对有潜在疾病的人来说非常有帮助，可以定期监测自己的健康状况。”
这样的设备可以让管理高血压和糖尿病的人受益-这些人也是患新冠肺炎重病的高危人群。它还可以用来检测脓毒症的发病，脓毒症的特征是血压突然下降，同时乳酸水平迅速上升。一种可以做到这一切的柔软皮肤贴片也将为重症监护病房的患者提供一个方便的替代方案，包括NICU的婴儿，他们需要持续监测血压和其他生命体征。这些手术目前包括在患者动脉深处插入导管，并将患者连接到多个医院监护仪上。
加州大学圣地亚哥分校纳米工程学教授、该研究的共同通讯作者约瑟夫·王(Joseph Wang)说，“这里的新奇之处在于，我们采用了完全不同的传感器，并将它们合并在一个小到邮票大小的小平台上。”
“我们可以通过这款可穿戴设备收集如此多的信息，并以一种非侵入性的方式进行，而不会造成不适，也不会中断日常活动。”
新的皮肤贴片是加州大学圣地亚哥分校可穿戴传感器中心两项开创性努力的产物，王教授担任该中心的主任。实验室一直在开发能够同时监测人体内多种信号-化学、物理和电生理-的可穿戴设备。在加州大学圣地亚哥分校纳米工程学教授徐胜的实验室里，研究人员一直在开发柔软、有弹性的电子皮肤贴片，可以监测人体深处的血压。
通过联合起来，研究人员创造了第一个灵活的、可伸展的可穿戴设备，将化学传感(血糖、乳酸、酒精和咖啡因)与血压监测结合在一起。
集成的贴片
贴片是可以适应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，一个用于测量汗液中乳酸（一种运动强度的生物标志物），咖啡因和酒精的水平，另一个用于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：血压，葡萄糖以及乳酸，酒精或咖啡因。
血压传感器位于贴片中心附近。它由一组小型超声换能器组成，这些超声换能器通过导电墨水焊接到贴片上。施加在换能器上的电压使它们将超声波发送到体内。当超声波从动脉反弹时，传感器检测到回声并将信号转换为血压读数。
化学传感器是两个电极，由导电油墨丝网印刷在贴片上。贴片的右侧印有可检测乳酸，咖啡因和酒精的电极。它的工作原理是将一种称为毛果芸香碱的药物释放到皮肤中以诱导出汗并检测出汗中的化学物质。另一个电极感应葡萄糖，被打印在左侧。它的工作原理是使微弱的电流通过皮肤以释放组织液并测量该液中的葡萄糖。
在测试中，受试者在执行以下各项任务的各种组合时戴着脖子上的贴片：在固定自行车上锻炼；吃高糖餐；喝含酒精的饮料；和喝含咖啡因的饮料。贴片的测量值与商业监测设备（如血压计，血乳酸计，血糖仪和呼吸分析仪）收集的测量值非常匹配。通过在实验室中掺入咖啡因的汗液样品的测量值来验证佩戴者的咖啡因水平的测量值。
工程上的挑战
制作贴片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，在保持设备尽可能小的同时，一厘米的间距可以解决问题。
研究人员还必须弄清楚如何物理屏蔽化学传感器与血压传感器。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中的任何液体凝胶流出并与其他凝胶接触，将会在传感器之间造成干扰。因此，研究人员改为使用固体超声波凝胶，他们发现其效果与液体版本一样好，但没有泄漏。
下一步要做的事
目前研制的贴片原型需要通过电缆连接电源和台式机以显示读数。研究团队的最终目标是将所有这些内容都放在贴片上，并且可以通过无线将读数传输到智能手机，成为一个完整的穿戴设备。
除了上述目标，研究人员也需要使贴片更实惠，更易于批量生产。它还需要大规模测试和得到FDA批准。他们认为可能会在几年后上市。
论文：“用于同时监测血液动力学和代谢生物标志物的表皮贴剂。” An epidermal patch for the simultaneous monitoring of haemodynamic and metabolic biomarkers | Nature Biomedical Engineering
这项研究得到了加州大学圣地亚哥分校可穿戴传感器中心和美国国立卫生研究院的支持（授权号1R21EB027303-01A1）。
编译者的话：本人工程师生涯中的第一个项目就是参与研发病人远程监控系统，让病人在家中可以自行测量血压，心电图，体温，体重，以及向医生报告一些状或问题。装置每天自动向医生传输以上数据，并传回医生的指示或回答。那时（1986年）没有互联网，病人与医生的远程通讯靠电话线。记得当时在自己写的软件程序的驱动下血压计测出了血压，荧幕屏上显示出心电图的曲线时，心情是何等的激动。一晃35年过去了，但是用技术改进医疗质量是永远的课题。乐见新一代科研人员的创造发明。
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