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这种柔软的弹力贴片可以同时监测佩戴者的血压和生化水平。(由UC San Diego提供)

加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的工程师们开发了一种柔软、有弹性的皮肤贴片,可以戴在脖子上,持续跟踪血压和心率,同时测量佩戴者的葡萄糖、乳酸、酒精或咖啡因水平。这是第一个可同时监测心血管信号和人体多个生化水平的可穿戴设备。

这种装置可以使管理高血压和糖尿病的个体受益 - 在与Covid-19严重患病的情况下也是高风险的。它还可以用于检测败血症的开始,其特征在于血压突然下降,伴随乳酸水平的快速上升。

一个柔软的皮肤贴片,可以做到这一切也可以为重症监护单位的患者提供方便的替代品,包括尼古尔的婴儿,他们需要持续监测血压和其他生命体征。这些程序目前涉及将导管深入患者的动脉和束缚患者到多个医院监视器。

加州大学圣地亚哥分校(UC San Diego)的纳米工程教授约瑟夫·王(Joseph Wang)表示:“这项研究的新颖之处在于,我们将完全不同的传感器融合到一个像邮票一样小的平台上。”“通过这款可穿戴设备,我们可以以一种非侵入性的方式收集如此多的信息,不会对日常活动造成不适或干扰。”

贴剂是薄片的拉伸聚合物,可以符合皮肤。它配备了血压传感器和两种化学传感器 - 衡量乳酸乳酸水平(体力消耗的生物标志物),咖啡因和汗液中的汗液,以及另一个在间质液中测量葡萄糖水平的水平。

该贴片能够立即测量三个参数,一个来自每个传感器:血压,葡萄糖和乳酸,醇或咖啡因。

血压传感器位于贴片的中心附近。它由一组小型超声换能器组成,这些换能器通过导电墨水焊接在贴片上。施加在传感器上的电压使它们向人体发送超声波。当超声波从动脉反弹回来时,传感器检测回声并将信号转换为血压读数。

化学传感器是两个电极,用导电墨水丝网印刷在贴片上。感应乳酸、咖啡因和酒精的电极被印在贴片的右侧;它的工作原理是将一种叫做匹罗卡品的药物释放到皮肤中,诱导出汗,并检测汗液中的化学物质。另一个用于检测葡萄糖的电极被打印在左侧;它的工作原理是通过一个温和的电流通过皮肤释放组织液,并测量液体中的葡萄糖。

研究人员有兴趣测量这些特定的生物标志物,因为它们会影响血压。“我们选择了向我们提供更准确,更可靠的血压测量的参数,”朱莉安·塞普·斯蒙皮奥(Nanoengineed Ph.D)表示。王的实验室的学生。

“让我们说你正在监测你的血压,你白天看到尖峰,并认为有些东西是错误的。生物标记阅读可以告诉你那些尖峰是否是由于醇或咖啡因的摄入量。她的传感器组合可以给你那种信息,“她说。

在测试中,受试者在颈部上覆盖贴片,同时执行以下任务的各种组合:在固定自行车上锻炼;吃高糖餐;喝酒饮料;并喝咖啡因饮料。贴片的测量与商业监测设备(如血压袖带,血液乳液计,血糖仪和呼吸仪)的速度密切匹配。通过测量用咖啡因掺入的汗液样品,在实验室中验证了佩戴者咖啡因水平的测量。

制作贴片最大的挑战之一是消除传感器信号之间的干扰。为了做到这一点,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,在保持设备尽可能小的情况下,1厘米的间距就能达到这个效果。

研究人员还必须弄清楚如何用血压传感器物理屏蔽化学传感器。后者通常配备有液体超声凝胶以产生清晰的读数。但化学传感器还配备了自己的水凝胶,问题是,如果来自血压传感器的任何液体凝胶流出并与其他凝胶接触,则会导致传感器之间的干扰。所以,研究人员使用了一个坚实的超声凝胶,它们发现了工作以及液体版,但没有泄漏

该团队已经在新版本的补丁上工作,一个带有更多传感器。“有机会监测与各种疾病相关的其他生物标志物。我们正在寻求为此设备添加更多临床价值,“Sempionatto说。

正在进行的工作还包括缩小血压传感器的电子设备。现在,传感器需要连接电源和一台台式机器来显示其读数。我们的最终目标是把所有这些都放到补丁上,让所有东西都无线化。