科學(xué)探索：在皮膚上繪制心臟功能檢測器
發(fā)布時間：2021-06-03
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科學(xué)探索：在皮膚上繪制心臟功能檢測器
心臟功能檢測器
一套模具和三支筆，這聽起來像是小時候我們用來繪畫的玩具。但科學(xué)家們卻用它們在皮膚上畫出了具備實(shí)際功能的心臟監(jiān)護(hù)器。
這樣炫酷的技術(shù)，實(shí)際是從“可穿戴傳感器”演變而來。可穿戴傳感器是近幾年才發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù)，能夠幫助醫(yī)生監(jiān)測佩戴者的多項(xiàng)健康指標(biāo)。但它卻不像普通的監(jiān)測設(shè)備一樣笨重，而是小小一片，就像一個暫時性紋身。但這種組裝的傳感器非常昂貴，并且由于無法完全貼合皮膚輪廓，監(jiān)測的數(shù)據(jù)很容易受佩戴者的動作影響。發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上的一項(xiàng)研究表示，一種新開發(fā)的畫在皮膚上的電子系統(tǒng)，可以解決可穿戴傳感器的這兩大問題。
圖片來源：Pixabay
由休斯頓大學(xué)（University of Houston）的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)家Faheem Ershad領(lǐng)導(dǎo)的研究小組將碎銀片在一種多聚體溶液中混合均勻，首次研發(fā)出了能導(dǎo)電并且與人體皮膚相容的墨水。然后研究人員把墨水裝到經(jīng)改裝的圓珠筆里，照著志愿者身上的模具畫出需要的電路。“這就像是幼兒園小朋友在學(xué)畫形狀一樣，非常簡單?！盓rshad表示。等五分鐘后墨水風(fēng)干，一個能工作的傳感器就制作好了。最后把一個基礎(chǔ)的電引線粘在電路上，用來提供電源并傳輸數(shù)據(jù)到電腦。
僅用這個墨水，研究人員就可以測量皮膚含水量以及心臟和骨骼肌的電活動。由于墨水與皮膚完美貼合，所以佩戴者不用擔(dān)心運(yùn)動會影響傳感器并降低數(shù)據(jù)質(zhì)量。另外該墨水防汗、防摩擦，但你只需要用濕毛巾和肥皂，就可以將它輕松去除。“它很穩(wěn)定，并且可以很輕松地裝備在身體的任何部位。這個解決方案相當(dāng)優(yōu)美?！盌mitry Kireev表示。Kireev在德克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校（University of Texas at Austin）研究可穿戴生物電子設(shè)備，并未參與到此項(xiàng)研究中。
圖片來源：Pixabay
Ershad的團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了更復(fù)雜的設(shè)備。他們用了另外兩種墨水：一種當(dāng)做半導(dǎo)體，另一種作為電介質(zhì)（一種絕緣體）。通過用兩種墨水分別畫不同的圖層，研究者們在一層皮膚狀的硅酮上畫出了溫度和應(yīng)變傳感器?！霸搱F(tuán)隊(duì)已經(jīng)在文章中展示了非常有吸引力的應(yīng)用?！泵芴K里大學(xué)（University of Missouri）的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)家Zheng Yan表示。Zheng Yan并未參與到本項(xiàng)研究中，但Yan和他的同事曾用鉛筆和紙開發(fā)出了相似的技術(shù)?？上У氖?，由于他們使用的是被動導(dǎo)體，因此無法向電路傳遞能量。Ershad表示，通過畫一些主動導(dǎo)體，例如可以充當(dāng)開關(guān)和放大器的晶體管，他希望能創(chuàng)造出更復(fù)雜的傳感器，來檢測從汗液里的化合物到大腦電活動等一系列健康指標(biāo)。
Ershad及其團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過畫出更高級的電路，打造出完全無線的傳感器。他們表示，這樣人們就可以用這些便宜的模具和筆，在家里監(jiān)測自己的健康狀況。
作者：Scott Hershberger
翻譯：洪藝瑞
審校：潘燕婷
引進(jìn)來源：科學(xué)美國人
引進(jìn)鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/new-pen-and-ink-method-draws-health-sensors-directly-on-skin


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