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新补丁是在UC San Diego Centre中为可穿戴传感器的两个开创性努力的产品，王为导演。王的实验室一直在开发可穿戴物品监控体内同时有多个化学、物理和电生理信号。在加州大学圣地亚哥分校的实验室里纳米工程徐晟教授说，研究人员一直在开发柔软、有弹性的电子皮肤贴片，可以监测身体深处的血压。通过合作，研究人员创造了第一种可伸缩的可穿戴设备，它将化学传感(葡萄糖、乳酸、酒精和咖啡因)与血压监测结合在一起。
“每个传感器提供物理或化学变化的单独图片。将它们全部集成在一个可穿戴的补丁中，让我们共同缝合那些不同的图片，以更全面的概述我们的身体在我们的身体上发生了什么，“徐说，他也是该研究的共同对应作者。
所有行业的补丁
这种贴片是一种有弹性的聚合物薄片，可以贴合皮肤。它配备了一个血压传感器和两个化学传感器——一个测量乳酸水平(一种体力消耗的生物标志)、咖啡因和酒精，另一个测量间质液中的葡萄糖水平。
这种贴片能够同时测量三个参数，每个传感器一个:血压、葡萄糖、乳酸、酒精或咖啡因。“理论上，我们可以同时检测到所有这些，但这需要不同的传感器设计，”殷博士说，他也是王实验室的博士生。
血压传感器位于贴片的中心附近。它由一组小型超声波换能器组成，这些换能器通过导电墨水焊接在贴片上。一个电压加到换能器上，使它们向体内发送超声波。当超声波从动脉反弹回来时，传感器会检测到回声，并将信号转换成血压读数。
化学传感器是两个电极，用导电墨水丝网印刷在贴片上。感应乳酸盐、咖啡因和酒精的电极印在贴片的右侧;它的工作原理是将一种叫做匹罗卡品的药物释放到皮肤中，诱导出汗，并检测出汗液中的化学物质。另一个感应葡萄糖的电极印在左侧;它的工作原理是通过一种温和的电流通过皮肤，释放间质液体，并测量液体中的葡萄糖。
研究人员对测量这些特殊的生物标记物很感兴趣，因为它们会影响血压。“我们选择的参数将给我们一个更准确、更可靠的血压测量，”联合第一作者Juliane Sempionatto说，她是王实验室的纳米工程博士生。
“假设你在监测你的血压，你看到白天的血压峰值，你认为出了什么问题。但生物标记读数可以告诉你，这些峰值是由于摄入了酒精还是咖啡因。这种传感器的组合可以给你这类信息，”她说。
在测试中，受试者在脖子上戴着贴片，同时进行以下各种任务的组合:在固定自行车上锻炼;吃高糖食物;喝含酒精饮料的;喝含咖啡因的饮料。从贴片上采集的数据与商业监测设备收集的数据非常吻合，这些设备包括血压袖带、血乳酸计、血糖仪和呼吸分析器。在实验室中，研究人员测量了受试者的汗液样本中添加的咖啡因含量，并以此来验证受试者的咖啡因含量。
工程的挑战
制造贴片的最大挑战之一是消除传感器信号之间的干扰。为了做到这一点，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情况下，一厘米的间距就能做到这一点。
研究人员还必须弄清楚如何用血压传感器物理屏蔽化学传感器。后者通常配备有液体超声凝胶，以产生清晰的读数。但化学传感器还配备有自己的水凝胶，问题是，如果任何来自血压传感器的液体凝胶流出并与其他凝胶接触，则会导致传感器之间的干扰。因此，研究人员使用了一个坚实的超声凝胶，它们发现了工作以及液体版，但没有泄漏。
“找到合适的材料其中包括优化整体布局，将不同的电子元件无缝集成在一起——这些挑战需要花费大量时间才能克服，”徐实验室的纳米工程博士生、联合第一作者林木阳说。“我们很幸运，我们的实验室和王教授的实验室有这样伟大的合作。和他们一起做这个项目真的很有趣。”
下一个步骤
该团队已经在开发该补丁的新版本，一个带有更多传感器的版本。“我们有机会监测与各种疾病相关的其他生物标志物。我们希望为该设备增加更多的临床价值。”Sempionatto说。
正在进行的工作还包括缩小血压传感器的电子产品。现在，传感器需要连接到电源和台式机以显示其读数。最终目标是将这些全部放在修补程序上并使所有内容无线。“我们希望制作一个完全穿着的完整系统，”林说。
来源：加州大学圣地亚哥分校
