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測量皮下血流的柔性傳感器

2015-11-02 來(lái)源:健客網(wǎng)社區  標簽: 掌上醫生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:置于血管上方皮膚上的表皮設備,這種柔軟、彈性的表皮設備像臨時(shí)紋身般層壓在皮膚上,對皮下血流變化進(jìn)行無(wú)創(chuàng )、實(shí)時(shí)的映射。

  置于血管上方皮膚上的表皮設備,這種柔軟、彈性的表皮設備像臨時(shí)紋身般層壓在皮膚上,對皮下血流變化進(jìn)行無(wú)創(chuàng )、實(shí)時(shí)的映射。Image:UniversityofIllinoisatUrbana-Champaign

  今天最好的用于測量血流的醫療設備,需要患者首先出現在診所或醫院,然后在成像過(guò)程中保持高度靜止。但一種實(shí)驗性傳感器像臨時(shí)紋身一樣緊貼皮膚,得以跟隨患者24小時(shí)監控血流。

  一個(gè)可穿戴式傳感器本質(zhì)上可以意味著(zhù)抓取一個(gè)病人在診所時(shí)的健康狀況快照,與獲得相當于此人全天24小時(shí)的血流視頻之間的差別。試驗表明,由伊利諾伊大學(xué)厄本那香檳分校研究者們領(lǐng)導的國際團隊研發(fā)的一種柔性的“表皮電子”血流監測器能測量皮膚最外層1~2毫米的血液——即使人體在運動(dòng)中。這意味著(zhù)可以在患者從事日常生活時(shí)連續測量其血液流動(dòng)的未來(lái)可穿戴設備的可能性。

  “比如你有糖尿病患者并希望能一天24小時(shí)連續監視特定血管的變化”伊利諾伊大學(xué)材料科學(xué)與工程博士生RichardChadWebb說(shuō),“在今天沒(méi)有辦法能這樣做。”

  該伊利諾伊大學(xué)團隊與美國國立衛生研究院及一組更廣泛的美國和中國研究者合作研發(fā)了這種新傳感器,Webb是詳細介紹介紹該小組工作的一篇論文的主要作者;發(fā)表在10月30日的《科學(xué)進(jìn)展》上。

  大多數測量血流量的最先進(jìn)儀器使用光學(xué)成像技術(shù),需要患者在過(guò)程中保持靜止。Webb和他的同事們轉向柔性電子技術(shù)來(lái)尋找一個(gè)可能的穿戴式解決方案。(該研究的共同作者之一是伊利諾伊大學(xué)材料科學(xué)家和工程師JohnRogers,他的實(shí)驗室開(kāi)創(chuàng )了生物相容性柔性電子的許多先例。)

  研究者們最終研發(fā)出一種輕質(zhì)的超薄裝置,置于皮膚頂部不會(huì )影響它要測量的血流。它由于分子間微弱的吸引力范德瓦爾斯力緊貼皮膚,這種吸引力防止傳感器和皮膚之間任何移動(dòng),以免影響讀的準確性。作為備份可以用醫用膠帶確保設備呆在原地。

  “在根本上,我們正試圖做的是消除身體和探測器系統間的相對運動(dòng),”Webb解釋道,“這允許你獲得和最先進(jìn)的光學(xué)成像器件一樣的臨床信息,而沒(méi)有固定人體的限制。”

  Webb和他的同事們用由硅支撐的超薄層硅、金、鉻和銅建造了該設備。該傳感器的厚度大部分是一層40微米厚的硅,其它每層都只有幾十或幾百納米厚。

  這種可穿戴式小工具檢測由皮下血液流動(dòng)引起的加熱模式差異。設備內部一個(gè)1.5毫米的熱致動(dòng)器加熱6至7攝氏度為測量提供一個(gè)熱背景,這對于緊貼人體皮膚的東西來(lái)說(shuō)聽(tīng)起來(lái)像是一個(gè)顯著(zhù)溫度變化,但是它在皮膚敏感性閾值以下,進(jìn)入皮膚的熱能為每平方毫米3.5毫瓦,小到穿戴該設備的人無(wú)法察覺(jué)其差別。

  圍繞熱致動(dòng)器的兩圈傳感器以0.01攝氏度的精度檢測加熱模式中的溫度差異,最后但并非最不重要的,計算機算法幫助把加熱模式差異解釋為血流量。

  把該可穿戴設備置于人類(lèi)志愿者們手腕靜脈上的測試顯示了它在實(shí)際中如何工作。在人類(lèi)受試者們靜止不動(dòng)站立5分鐘、上下有氧踏板3分鐘,以及仰臥時(shí)測量血流,研究者們還與最先進(jìn)的光學(xué)成像儀比較了可穿戴設備的結果,以確保測量是合理準確的。

  在該實(shí)驗器件能導致商用可穿戴設備之前還有很長(cháng)的路要走,研究者們還需要解決如何制造自帶電源和向筆記本電腦或其它設備無(wú)線(xiàn)傳輸數據組件的版本。

  但那一旦發(fā)生,這些設備可以幫助革命醫學(xué),為理解糖尿病、動(dòng)脈硬化、一般人類(lèi)老化等健康狀況提供前所未有的數據量。這種柔性傳感器也可以放置在體內器官、手術(shù)工具或植入設備上。

  現在,Webb和他的同事們繼續完善該熱映射血流設備,目標是使其更小。下一步可能是研發(fā)一個(gè)可以測量單個(gè)毛細血管而不僅是大血管血流的設備。

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