Chem-Phys贴——同时记录两种信号的可穿戴设备问世
日期：2016年5月23日
来源：加州大学圣地亚哥分校
Chem-Phys贴能贴在胸前靠近胸骨的位置，和智能手机、智能手表或笔记本电脑通讯。（图片来源：加州大学圣地亚哥分校工程学院）
加州圣地亚哥大学的工程师研发出首个能同时控制人体内生化信号和电信号的柔性可穿戴设备。Chem-Phys贴能够记录心电图，并追踪人体的乳酸（lactate）水平。乳酸能够实时反应运动期间肌肉锻炼强度。这个设备能贴在胸前，并和智能手机、智能手表或笔记本电脑通讯。它的应用十分广泛，既能帮助运动员监测他们的锻炼，也能帮助外科医生监测病人的心脏状况。
这项设备是加州大学圣地亚哥分校的可穿戴传感器中心的纳米工程师和电子工程师合作研发的，包含一套柔性的传感器和一个小电子板，它能通过蓝牙传送生化信号和电信号。
纳米工程系教授Joseph Wang和电气工程系教授Patrick Mercier主要负责这个项目，Wang的团队负责贴片的传感器和化学组件，Mercier的团队负责电子器件和数据传输。他们发表在5月23日《自然通讯》（Nature Communications）的文章中介绍了这种Chem-Phys贴。
Mercier说：“我们的主要研究目标之一是研发一种能持续同时测量一整套化学信号、物理信号和电生理学信号的设备。而这项研究首次证明这是可以实现的。”
他还表示，许多商业可穿戴设备只能测量一种信号，比如步数或者心率，并且几乎都无法测量像乳酸那样的化学信号，而这正是加州大学圣地亚哥分校工程学院的研究人员想要实现的。结合关于心率和乳酸的信息对想要提高水平的运动员来说很有用，Mercier和Wang都在询问奥运会运动员对于相关技术的需求。
“一个能同时测量心电图和乳酸的小型可穿戴传感器有广泛的应用，”Kevin Patrick博士解释道，他是加州大学圣地亚哥分校无线健康中心（the Center for Wireless and Population Health Systems）的主任，同时也是一名外科医生，“Chem-Phys贴测量的数据有助于完善运动员精英的训练方案，还有助于预防和管理心血管疾病。”
研究人员最大的挑战就是确保这两种传感器的信号不会互相干扰，这需要在正确配置传感器之前，仔细地设计并试验。他们用丝网印刷技术将电子器件印在一个能直接贴在皮肤表面的柔性聚酯薄片上。一个用来测量乳酸的电极印在贴片中心，两个测量心电图的电极分布在贴片左右。工程师费了些功夫才确定电极不会互相干扰的最佳距离，约为4厘米。
研究人员还需要确保心电图传感器和乳酸的传感器是隔离开的。然后，他们给心电图传感器的电极施加低电压，并测量流过电极的电流。这个电流能够流过具有轻微导电性的汗液，有可能会破坏对心电图的测量。于是，研究人员在Chem-Phys贴上加了一层防水硅胶，以隔离心电图电极和汗水，但并不隔离乳酸传感器。
之后，传感器和一个定制印刷的小型电路板相连，这个电路板上含有一个微型处理器和一块低功耗蓝牙芯片，能够向智能手机或计算机无线传送贴片收集的数据。
随后，研究人员在三名男性身上对Chem-Phys贴进行了测试，他们将它贴在胸前靠近胸骨的位置，然后用健身脚踏车进行15到30分钟的激烈运动。其中两个试验对象还佩戴了腕带式的心率监视器，心电图电极的准确度与商业腕带相当。而乳酸生物传感器和其他一些运动强度不断增大的实验中的乳酸测量结果较为接近。
接下来，他们将要改善贴片和电路板的连接方式，并添加能检测其它化学信号和生命体征的传感器，比如测量镁和钾的传感器。同Wang和Mercier一起工作的外科医生也很乐于分析这两种信号的数据并观察它们如何相互联系。
（翻译：吴苏栗 审校：赵昌昊）
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2016/05/160523083612.htm
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