最新医疗传感器：纹身传感器、织物传感器、微针和视网膜假体
2014-11-18 08:24:06   来源：EE-Times   评论：0   点击：

美国加州大学圣地亚哥分校最近在纳米医疗传感器的研究方面取得了丰富的成果。根据该校穿戴式传感器研究中心的研究人员们表示，目前已经针对各种医疗用途开发出几款适合皮肤使用的微型低成本传感器原型。

纹身贴纸传感器

UCSD纳米工程学系教授兼该校穿戴式传感器研究中心总监Joe Wang展示一种配备电化学传感器的暂时性纹身贴纸，可实时监测电解质与代谢物。这种纹身贴纸采用网版印刷制造，可持续配戴长达一周之久。

纹身贴纸传感器透过蓝牙低功耗技术传送数据

这种传感装置“耦合了以皮肤为基底的弹性以及电化学性能”，从而实现高效率的传感功能。内建的传感器利用液滴的方式实现非侵入式的糖尿病监测，还能透过用户的汗液评估耐力与体能。这种纹身传感器能够承受至少50次的使用后，仍保有原来的形状和性能。

此外，这种传感器还可追踪侦测重金属元素，例如铅含量低至仅十亿分之一(1ppb)的重金属。Joe Wang并补充说，这种纹身贴纸传感器在开发成可印制的生物燃料或锌电池的形式时，还可用于采集能量，利用汗水来为LED供电。

可印式织物传感器

这项研究一开始是将可印式织物传感器缝进内衣的弹性腰带来进行测量。如图所示，衣物上的多电极层能够传感爆裂物，而手套上的“法医手指”传感器则可用于在犯罪现场进行分析。

“我们的目标是在衣袖上开发一个‘法医实验室’，能够以衣袖上的电极检测爆炸物与枪击残留物，”Joe Wang表示。

Joe Wang及其开发团队并与美国海军合作，将可印式传感器放在潜水服中，用于监测水下安全与环境情况。

UCSD穿戴式传感器研究中心正进行中的几项研究计划

微创微针传感器

此外，微创微针传感器也正在开发中。研究人员们希望能够创造出多达15种碳基微针电极数组，以便监测皮肤下的电解质。这些微针几乎可以完全植入皮下，除了监测电解质以外，还能有效地输送药物。

（左）微针深度，（右）9个微针数组

“我们持续监测在皮肤下的多种化学标记。最终的目标在于建立意识、行为、处理和反馈系统，并结合药物输送执行器与传感器，”Wang说。

为了更有效地提供用药，每一种微针都将配备不同的储液槽。医生可触发这些储液槽以不同的时间间隔或剂量传送药物。

加州大学圣地亚哥分校生物工程系的学生展示了这项经验证可行的概念，包括定点照护(POC)系统进行血糖监测。可携式葡萄糖分子检测平台可插入于任何智能手机中，最终还可能用于更基本的手机中。该目标在于降低目前约23美元左右的葡萄糖监测仪价格，而且也让使数据可实时传送给医生。

用于监测葡萄糖的定点照护检测系统

长期不间断的心电图(ECG)监测也需要用到可穿戴式传感器。研究人员们的设计利用ECG的“准周期性”——在心脏活动期间表现出的数据峰值，开发出可动态配置的装置。尽管仍在电路设计时间，一名学生表示，这种可穿戴式传感器在显示低信号活动时，能够自动进入低功率模式。

纳米工程视网膜假体

在UCSD的整合系统神经工程学系中有一项计划，旨在透过更准确的测量视网膜活动，以及进一步探索有效的幻视，“促进视网膜假体治疗神经退化性失明的现况”。

纳米工程视网膜假体研究

通过在完整的视网膜神经节细胞上传送可控制的电子刺激脉冲，研究人员们能够监测视网膜的退化情况。这种脉冲可能导引视觉感知视网膜退化。为了更易于从退化的视网膜监测光幻视现象，研究人员们在位于视网膜下的区域开发了一种具有光敏电极数组的视网膜假体。

这种视网膜假体还内建植入式芯片与无线电源，可实现远程资料遥测，让研究人员们能够注意到不同类型的视网膜神经节细胞，以及调整电刺激模式。该IC能够发射6.78Mb/s的数据，并在13.56 MHz时提供高达6mW的功率。