可穿戴设备捕捉人体生物标记和生理数据是物联网时代的一大应用,在健康产业具有巨大的发展潜力。

比如,一个柔软的皮肤贴片就可以为重症监护室的病人提供一个更自由的选择,包括新生儿重症监护室的婴儿,他们需要持续监测血压和其他生命体征。这些手术包括在患者动脉深处插入导管,并将患者拴在多个医院监护仪上。

近日,加州大学圣地亚哥分校的工程师们称,他们开发了一种柔软、有弹性的皮肤贴片,可以戴在脖子上,在测量佩戴者的葡萄糖、乳酸、酒精或咖啡因水平的同时,持续跟踪血压和心率。这也是第一款同时监测心血管信号和人体多种生化水平的可穿戴设备。

该贴片为邮票大小,是一种薄薄的弹性聚合物片,并且能贴合到皮肤表面进行监测。里面装着一个血压传感器,一个测量汗液中乳酸、咖啡因和酒精的化学传感器,以及一个跟踪间隙液中葡萄糖水平的传感器。

其中,在贴片的中心位置是血压传感器,其工作原理是通过发送超声波穿过身体,反弹到动脉上并产生回声,传感器检测到回声并将其转换为血压读数。而贴片上的化学传感器是向皮肤释放药物,诱导出汗,然后测量该液体内的化学物质,而葡萄糖传感器则发出温和的电流,刺激间隙液的释放,达到同样的目的。

不同的传感器需要在贴片上仔细排列,以消除信号的干扰。因此,当用户在监测血压的时候发现出现峰值,生物标志物的读数就可以告诉用户,这些峰值是否是由于酒精或咖啡因的摄入。这种传感器的组合可以给人们提供这种类型的信息。

目前,研究人员已经进行了实验,让受试者在进行不同的任务时,在脖子上戴上贴片,比如在运动自行车上进行一次训练,食用高糖餐或酒精,或者喝咖啡。该团队在整个过程中使用商业监测设备对目标生物标志物进行监测,并将读数与其新贴片上的读数进行对比,发现它们紧密匹配。

当然,制作这种贴片并非全然没有困扰,其最大挑战之一就是消除传感器信号之间的干扰。为此,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,一厘米的间距在保持装置尽可能小的同时起到了作用

研究人员还必须弄清楚如何在物理上屏蔽化学传感器和血压传感器。后者通常配备有液体超声凝胶,以便产生清晰的读数。但化学传感器也配备了自己的水凝胶,问题是,如果任何液体凝胶从血压传感器流出,并与其他凝胶接触,将导致传感器之间的干扰。因此,研究人员使用了一种固体超声波凝胶,他们发现这种凝胶和液体凝胶一样有效,并且没有泄漏。

健康跟踪可穿戴设备的必然趋势,未来,这种可穿戴设备将非常有助于有潜在疾病的人定期监测自己的健康,还将成为远程病人监测的一个良好工具。