传感器通过皮肤监测血氧水平

如果没有血液的关键成分——氧气的持续流入，伤口是无法愈合的。加州大学伯克利分校的工程师开发了一种新的柔性传感器，可以绘制大面积皮肤、组织和器官的血氧水平，这可能为医生提供一种实时监测伤口愈合情况的新方法。“当你听到血氧仪这个词的时候，你的脑海中会出现血氧传感器的名字，僵硬而笨重的夹在手指上的传感器，”Yasser Khan说，他是加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学专业的研究生。“我们想要打破这种局面，向人们展示血氧仪可以是轻便、轻薄和灵活的。”

这种传感器是由有机电子元件印刷在可弯曲的塑料上制成的，可弯曲的塑料可以根据车身的外形进行塑造。与指尖血氧仪不同，它可以在一个网格的9个点上检测血氧水平，并且可以放在皮肤的任何地方。研究人员说，它可能被用于绘制移植皮肤的氧合情况，或者通过皮肤观察移植器官的氧含量。加州大学伯克利分校(UC Berkeley)电子工程和计算机科学教授安娜•克劳迪娅•阿里亚斯(Ana Claudia Arias)说:“所有使用氧气监测的医疗应用都可以从可穿戴传感器中受益。”“糖尿病、呼吸疾病甚至睡眠呼吸暂停患者可以使用一种可以戴在任何地方的传感器，全天候监测血氧水平。”

现有的血氧测定仪使用发光二极管(led)通过皮肤发出红光和近红外光，然后检测有多少光到达另一边。红色的富氧血液吸收更多的红外光，而较暗的贫氧血液吸收更多的红光。通过观察透射光的比例，传感器可以确定血液中有多少氧气。

这些血氧计只在身体部分透明的部位起作用，比如指尖或耳垂，而且只能测量身体某一点的血氧水平。汗说:“人体的厚部位，如前额、胳膊和腿，几乎不通过可见光或近红外光，这使得测量这些部位的氧气含量非常困难。”

交替红色和近红外有机发光二极管阵列

该传感器由有机光电探测器(上)和有机红、红外发光二极管(下)组成。

来源:加州大学伯克利分校，照片由亚西尔·汗，阿里亚斯研究小组拍摄)

2014年，Arias和一组研究生展示了打印有机发光二极管可以用来制作轻薄、柔韧的血氧仪，适用于指尖或耳垂。从那以后，他们进一步推进了他们的工作，开发了一种利用反射光而不是透射光来测量组织中氧含量的方法。结合这两种技术，他们可以创造出新的可穿戴传感器，可以检测身体任何地方的血氧水平。

这种新型传感器由一组交替的红色和近红外有机发光二极管和有机光电二极管组成，这些发光二极管印制在一种柔性材料上。研究小组使用传感器来跟踪一名志愿者前额的整体血氧水平，该志愿者呼吸的空气中氧浓度逐渐降低——类似于在海拔上升——结果发现，其水平与使用标准指尖血氧仪的人相当。他们还用这个传感器在一名戴着压力袖带的志愿者前臂上一个3乘3的网格中绘制血氧水平。

“移植后，外科医生希望测量器官的所有部分是否都能获得氧气，”汗说。“如果你有一个传感器，你必须移动它来测量不同位置的氧气含量。使用数组，你可以立即知道是否有一个点无法正常修复。”