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可检测新生儿疾病的新型皮肤贴片

来源:环球科学

 

 

无需导线缠缠绕绕,一张贴片简简单单

NICU(新生儿重症监护病房)中的婴儿身上常常布满了许多导线和检测芯片,用于监测各项生命体征,如心率、血压、体温、血氧含量等等。但是,这些导线和芯片使得婴儿无法自由地伸展手臂,一旁焦急的父母也无法将他们抱在怀里。

但是,改变即将到来。

美国西北大学的研究人员开发出了一款“皮肤电子贴片”,可以做得跟一次性纹身一样薄,使用非常轻便。

这种贴片是通过将微小的半导体芯片放在可拉伸的基质上制成。基质上嵌有波浪形的可携带电信号的金属丝。整个贴片使用微小的天线来无线传输信息,所以不需要连接到任何导线或导管。罗杰斯称它为“皮肤电子贴片”。

与传统的监测方式相比,婴儿使用新电子贴片会更加舒适。

领导这项研究的科学家约翰·罗杰斯(John Rogers)说:“这种皮肤贴片会让人类医疗保健和康复医学变得更加高效,潜力巨大。”

 

监测帕金森疾病发展

在康复医学领域,这种皮肤电子贴片也能派上用场。帕金森病患者常常因非自主震颤变得疲劳。在试验中,研究人员在被试身上的多个部位贴上“电子表皮贴片”,并用它们来监测患者的肌肉活动和运动特征。

罗杰斯说:“我们的目标是找到一种能发现震颤早期发作的精准分析方法,同时可以监控病情的发展,指导病人合理用药。”

通过监测患者肌肉的神经活动,研究人员甚至可以通过每分钟增加的震颤来判断病人是否漏服了药物。

 

运动场上也能发挥作用

罗杰斯和他的团队还在一些职业体育队伍中进行了这种电子贴片的试验,包括足球、篮球和棒球运动。教练可以用这些电子贴片更好地跟踪运动员的训练进度,比如投手的头球姿势是否正确。

贴片还可以监测运动员开始变得疲惫时的微小变化,这样教练就能及时发现那些因疲惫而无法达到最佳状态的运动员。

罗杰斯说:“我们的想法是设计出一款具有监测心率、投球动作、罚球技巧等功能的电子设备。”

 

“皮肤电子贴片”发明者——约翰·罗杰斯

罗杰斯多年来一直致力于便携电子设备的研究。 2011年,他在《科学》杂志上发表了一篇文章,详细地介绍了他的皮肤电子贴片原型。后来经过改进,这种电子贴片变得更加耐用。

2015年,罗杰斯实验室制作了一个可以测量血流量的贴片。

2016年,他们制作出一个能分析汗水中的生物学标志的贴片。

对于罗杰斯在科学研究方面的贡献,马振强教授写道:皮肤电子设备具有解决健康监测中现有问题的潜能,让监测更简单、更可靠、连续性更好。他还写道:“除了生理学外,皮肤电子设备也能用于其他领域,如身体热能收集器、可穿戴型收音机,这也许给未来的研究提供了新方向。”

除了罗杰斯,还有许多研究人员在不断改进这项技术。一些人认为,除了皮肤以外,便携电子设备可以放置于身体的其他部位,例如心脏起搏器,甚至作为连续性监测的健康监护仪,时刻监测记录血氧水平、血糖等指标。斯坦福大学、麻省理工学院、日本、瑞典的研究学者都在致力于开发便携电子设备,提升它们的性能,使其变得更小、更耐用。

 

打入消费市场

理肤泉(欧莱雅集团的护肤品牌系列)已经研制出一款用于监测紫外线强度的心型贴片,许多爱美人士已经将其加入购买清单中。

不同于罗杰斯的使用无线数据传输的表皮电子贴片,这款紫外线贴片通过会呈现不同颜色来表示不同的紫外线照射剂量,用户可以通过将理肤泉UV紫外线感应贴与智能手机应用软件连接,应用程序中首先建立包含肤色、肤质、肌肤光反应分型等信息在内的个人数据,并根据个人数据生成自我监测的提醒时间。

罗杰斯说,经过10年的发展后,皮肤电子设备接下来的挑战不仅仅是工程问题,而是性能优化和安全性的考量。由于数据使用无线传输,那么数据加密将成为一个需要考虑的问题。

罗杰斯还希望进一步改进这些电子贴片,使其能够对汗水等生物流体进行采样,并分析其中的生物学标志,显示健康和疾病状态。罗杰斯目前已经开始了这项工作。同时,他的团队还在研究开发能通过皮肤输送液体的设备,这可能成为一种新型给药方式。

“我们对研究结果非常乐观,”罗杰斯说,“现在我们可以实现很多技术,并且(皮肤电子设备)仍有许多潜在用途等待我们去发现。”

 

作者:Emily Matchar

翻译:张路安

 

本文来自:环球科学
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