美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分?？瓶死谞柟こ虒W(xué)院的一支工程師小組研發(fā)了一種方式，可快速印制價格低廉的一次性可穿戴微型生物傳感器。這種傳感器可粘在患者皮膚上——看起來就像紋身一樣——用于監(jiān)測患者的重要生命體征。不久后，這種可穿戴傳感器有望在醫(yī)院投入使用，取代心率監(jiān)視器或者脈搏血氧計，為患有心臟病和其他疾病的老年患者以及其他年齡段的患者帶去福音。
科克雷爾工程學(xué)院的工程師小組由盧楠舒(Nanshu Lu，音譯)帶隊。在他們開始研究這種紋身型可穿戴傳感器時，市場上已經(jīng)存在很多微型智能傳感器。不過，這些傳感器均存在缺陷。盧楠舒表示現(xiàn)有傳感器的問題并不在于這項技術(shù)本身，而是制造工藝，整個制造過程不僅耗時耗力，成本也很高。這些缺陷讓制造價格低廉，臨時監(jiān)測健康狀況的一次性傳感器幾乎成為一種不可能。她說：“如果是紋身型電子裝置，沒有人愿意重復(fù)使用，甚至包括你本人在內(nèi)。因此，一次性使用是一個關(guān)鍵特征。”
在這種紋身型傳感器出現(xiàn)前，類似傳感器利用常規(guī)工程學(xué)手段制造，采用機械構(gòu)件和金屬電路，而后與富有彈性的粘合劑結(jié)合在一起。整個過程不僅耗費大量時間，成本也很高。為了解決這些問題，科克雷爾工程學(xué)院決定研發(fā)其他方式，讓易碎的電子元件不僅柔軟有彈性，同時還有粘性。利用3D打印技術(shù)的原理，他們找到了一種方式，利用機械切割器在金屬片上刻出所需的結(jié)構(gòu)，而不是利用模具制造電子元件。
盧楠舒指出：“我們開始尋找可以疊加在聚合物薄片上的金屬片，基本上就像粘在雙面膠上的鋁箔。”最終，他們在五金店的家居裝潢用品的貨架上找到了這種造價低廉并且柔軟可彎曲的金屬。整個尋找過程容易得令人感到不可思議。在最后研制的結(jié)構(gòu)中，他們利用類似鎦金聚合物的元件充當(dāng)熱反射層。盧楠舒說： “我們發(fā)明了一種制造工藝，可以在這些薄片上切出所需的結(jié)構(gòu)，而后移除無用的部分。剩下的部分被印制到醫(yī)用膠帶或者紋身粘合劑上。”
整個印制過程用時大約20分鐘。與此前制造可彎曲電子元件采用的方式不同的是，這種制造工藝產(chǎn)生的廢物很少，同時不需要專業(yè)實驗室。盧楠舒表示希望將每個可穿戴傳感器的制造成本控制在1美元左右。研究小組的目標是將多個傳感器和天線集成，印制到一塊信用卡大小的補片上，可在大約一周時間里監(jiān)測重要生命體征，同時向醫(yī)生和患者的PC、平板電腦和智能手機無線傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)。
這種紋身型生物傳感器可充當(dāng)心電儀，測量心臟活動，或者充當(dāng)腦電圖描記儀，檢測大腦機能——具體起到何種作用取決于傳感器的位置。研究人員表示這種可穿戴傳感器可用于測量皮膚含水量、呼吸率和眼部活動，監(jiān)測血壓和氧飽和度。從孕婦到運動員，很多患者都將成為這項技術(shù)的受益者。
大規(guī)模制造可穿戴傳感器面臨的其中一個最大挑戰(zhàn)是通過藍牙或者近場通信芯片實現(xiàn)無線操作。不幸的是，當(dāng)前的芯片廠商生產(chǎn)的微芯片尚沒有小到足以滿足這種傳感器要求的程度。為此，盧楠舒和她的研究團隊決定自己動手，研制一種尺寸只有兩平方毫米的微芯片。研究人員指出如果人們能夠接受硬幣大小的無線裝置作為補片的一部分，這種可穿戴傳感器可很快做好應(yīng)用準備。盧楠舒說：“最酷的地方是，這是一項真正意義上的平臺技術(shù)。你可以不斷推動皮膚、傳感器或者天線的邊界。你可以在這個平臺上添加你需要的東西。”
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