科研成果:可穿戴設(shè)備再出新品——電子皮膚貼

加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了一種可穿戴，便攜式的酒精傳感器，在15分鐘內(nèi)就可以根據(jù)汗液準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)酒精水平。研究人員對(duì)9名健康志愿者進(jìn)行了酒精傳感器測(cè)試，志愿者們?cè)陲嬘镁凭嬃锨昂螅ㄒ黄科【苹蛞槐t酒）都將皮膚貼戴在他們的胳膊上。讀數(shù)準(zhǔn)確地反映出佩戴者的血液酒精濃度。

加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的工程師們開發(fā)了一種靈活的可穿戴式傳感器，可以通過(guò)汗液精確地測(cè)量一個(gè)人血液中的酒精含量，并將數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)焦P記本電腦，智能手機(jī)或其他移動(dòng)設(shè)備上。該裝置可以貼在皮膚上，醫(yī)生和警察能夠利用該設(shè)備進(jìn)行連續(xù)的，非損傷的和實(shí)時(shí)的血液酒精含量監(jiān)測(cè)。

該裝置是一個(gè)能夠貼在皮膚上的臨時(shí)紋身，通過(guò)汗液的感應(yīng)，用電化學(xué)的方法檢測(cè)酒精含量，這個(gè)便攜式柔性電子電路板通過(guò)磁鐵與皮膚貼連接，通過(guò)藍(lán)牙向移動(dòng)設(shè)備傳輸信息。這項(xiàng)研究是在納米工程教授約瑟夫 王和電氣工程教授帕特里克 默西爾領(lǐng)導(dǎo)下完成的，他們都來(lái)自于加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校，研究成果發(fā)表在近期出版的期刊《ACS傳感器》上。

“馬路上的很多事故都是由酒后駕車造成的。這項(xiàng)技術(shù)提供了一個(gè)準(zhǔn)確，方便和快捷的方式來(lái)監(jiān)控酒精消耗，以防止人們醉酒駕車，”王說(shuō)。他說(shuō)。該裝置還能與車內(nèi)的酒精點(diǎn)火互鎖裝置（是安裝在汽車的點(diǎn)火裝置內(nèi)以阻止駕車人在酒精濃度超過(guò)安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)啟動(dòng)汽車的裝置。）集成，或者在啟動(dòng)汽車之前，朋友們可以利用該裝置互相檢查，他補(bǔ)充道。

“當(dāng)你參加聚會(huì)或是在酒吧，該傳感器可以發(fā)送警報(bào)到您的手機(jī)，讓您知道你已經(jīng)喝了多少酒了，” 材料科學(xué)與工程博士，也是論文的主要作者之一Jayoung Kim說(shuō)。

血液中的酒精濃度是一個(gè)人體內(nèi)酒精水平的最準(zhǔn)確的測(cè)量值，但測(cè)量時(shí)需要刺破手指。呼吸分析儀，這是最常用的設(shè)備，用來(lái)間接估計(jì)血液中的酒精濃度，而且是非損傷性的，但它們會(huì)給出錯(cuò)誤的讀數(shù)。例如，一個(gè)人剛喝完一杯酒就進(jìn)行檢測(cè)，那么呼吸分析儀檢測(cè)到的酒精水平會(huì)高于實(shí)際血液酒精濃度。如果你用了漱口水，再進(jìn)行檢測(cè)，那么呼吸分析儀也會(huì)認(rèn)為你喝了酒。
最近的研究表明，血液中的酒精濃度也可以通過(guò)無(wú)顯汗的方式測(cè)量，皮膚上沒有明顯的汗液。但是要花費(fèi)兩個(gè)小時(shí)才能給出實(shí)際血液中的酒精含量讀數(shù)。另一方法，顯汗情況下的酒精水平，這時(shí)候能在皮膚上看到明顯的汗液，這是一個(gè)更好的血液酒精濃度的實(shí)時(shí)指標(biāo)，但到目前為止，這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，既不便攜，也不適合穿在身上。

現(xiàn)在，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了一種可穿戴，便攜式的酒精傳感器，在15分鐘內(nèi)就可以根據(jù)汗液準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)酒精水平。　

“這項(xiàng)技術(shù)最具創(chuàng)新性的一點(diǎn)是，穿戴者已經(jīng)不必進(jìn)行鍛煉或出汗了。用戶可以把皮膚貼戴在身上，幾分鐘之內(nèi)就會(huì)得出血液中酒精濃度的結(jié)果的結(jié)果。這個(gè)設(shè)備直到現(xiàn)在才推出，”默西爾說(shuō)。

它是如何工作的？
王和默西爾分別是圣地亞哥可穿戴傳感器中心的主任和副主任，他們聯(lián)合開發(fā)了這個(gè)裝置。王的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)制作皮膚貼，皮膚貼上配有絲網(wǎng)印刷電極和含匹羅卡品（藥物通過(guò)皮膚引起出汗）的水凝膠貼劑?！?/span>

　
默西爾的團(tuán)隊(duì)開發(fā)向皮膚貼供電的柔性電子線路板，使它能夠與移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行無(wú)線通信。他的團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了能夠?qū)㈦娮与娐钒搴推つw貼，以及智能手機(jī)應(yīng)用程序連接在一起的磁連接器。

“這個(gè)設(shè)備可以使用藍(lán)牙連接，這是呼吸分析儀無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。我們已經(jīng)找到一種方法使電子設(shè)備便攜和無(wú)線，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用非常重要，” 電氣工程博士生Somayeh Imani說(shuō)。

皮膚貼的工作過(guò)程是，首先通過(guò)釋放匹羅卡品誘導(dǎo)排汗。然后，汗水與具有醇氧化酶涂層的電極接觸，這種酶有選擇性地與酒精反應(yīng)生成過(guò)氧化氫，這是電化學(xué)檢測(cè)方法。該信息作為電信號(hào)被發(fā)送到電子電路板。數(shù)據(jù)以無(wú)線方式傳送到移動(dòng)設(shè)備。

對(duì)皮膚貼進(jìn)行測(cè)試
研究人員對(duì)9名健康志愿者進(jìn)行了酒精傳感器測(cè)試，志愿者們?cè)陲嬘镁凭嬃锨昂螅ㄒ黄科【苹蛞槐t酒）都將皮膚貼戴在他們的胳膊上。讀數(shù)準(zhǔn)確地反映出佩戴者的血液酒精濃度。

即使反復(fù)彎曲和振動(dòng)，該裝置也能提供準(zhǔn)確讀數(shù)。研究人員說(shuō)，這表明傳感器不會(huì)受到佩戴者是否運(yùn)動(dòng)的影響。

下一步研究，該團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種新設(shè)備，可以連續(xù)24小時(shí)監(jiān)測(cè)酒精濃度。
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