美國加州大學(xué)圣地亞哥分校(University of California San Diego；UCSD)最近在奈米感測器的研究方面取得了豐富的成果。根據(jù)該校穿戴式感測器研究中心(Center for Wearable Sensors)的研究人員們表示，目前已經(jīng)針對各種醫(yī)療用途開發(fā)出幾款適合皮膚使用的微型低成本感測器/傳感器原型。
UCSD奈米工程學(xué)系教授兼該校穿戴式感測器研究中心總監(jiān)Joe Wang展示一種配備電化學(xué)感測器的暫時性紋身貼紙，可即時監(jiān)測電解質(zhì)與代謝物。這種紋身貼紙采用網(wǎng)版印刷制造，可持續(xù)配戴長達(dá)一周之久。
紋身貼紙感測器透過藍(lán)牙低功耗技術(shù)傳送資料
這種感測裝置“耦合了以皮膚為基底的彈性以及電化學(xué)性能”，從而實現(xiàn)高效率的感測功能。內(nèi)建的感測器利用液滴的方式實現(xiàn)非侵入式的糖尿病監(jiān)測，還能透過用戶的汗液評估耐力與體能。這種紋身感測器能夠承受至少50次的使用后，仍保有原來的形狀和性能。
此外，這種感測器/傳感器還可追蹤偵測重金屬元素，例如鉛含量低至僅十億分之一(1ppb)的重金屬。Joe Wang并補(bǔ)充說，這種紋身貼紙感測器在開發(fā)成可印制的生物燃料或鋅電池的形式時，還可用于采集能量，利用汗水來為 LED 供電。
這項研究一開始是將可印式織物感測器縫進(jìn)內(nèi)衣的彈性腰帶來進(jìn)行測量。如圖所示，衣物上的多電極層能夠感測爆裂物，而手套上的“法醫(yī)手指”感測器則可用于在犯罪現(xiàn)場進(jìn)行分析。
“我們的目標(biāo)是在衣袖上開發(fā)一個"法醫(yī)實驗室"，能夠以衣袖上的電極檢測爆炸物與槍擊殘留物，”Joe Wang表示。
Joe Wang及其開發(fā)團(tuán)隊并與美國海軍合作，將可印式感測器放在潛水服中，用于監(jiān)測水下安全與環(huán)境情況。
此外，微創(chuàng)微針感測器/傳感器也正在開發(fā)中。研究人員們希望能夠創(chuàng)造出多達(dá)15種碳基微針電極陣列，以便監(jiān)測皮膚下的電解質(zhì)。這些微針幾乎可以完全植入皮下，除了監(jiān)測電解質(zhì)以外，還能有效地輸送藥物。
(左)微針深度(右)9個微針陣列
“我們持續(xù)監(jiān)測在皮膚下的多種化學(xué)標(biāo)記。最終的目標(biāo)在于建立意識、行為、處理和反饋系統(tǒng)，并結(jié)合藥物輸送執(zhí)行器與感測器，”Wang說。
為了更有效地提供用藥，每一種微針都將配備不同的儲液槽。醫(yī)生可觸發(fā)這些儲液槽以不同的時間間隔或劑量傳送藥物。
加州大學(xué)圣地亞哥分校生物工程系的學(xué)生展示了這項經(jīng)驗證可行的概念，包括定點照護(hù)(POC)系統(tǒng)進(jìn)行血糖監(jiān)測。可攜式葡萄糖分子檢測平臺可插入于任何智慧型手機(jī)中，最終還可能用于更基本的手機(jī)中。該目標(biāo)在于降低目前約23美元左右的葡萄糖監(jiān)測儀價格，而且也讓使資料可即時傳送給醫(yī)生。
用于監(jiān)測葡萄糖的定點照護(hù)檢測系統(tǒng)
長期不間斷的心電圖(ECG)監(jiān)測也需要用到可穿戴式感測器。研究人員們的設(shè)計利用ECG的“準(zhǔn)周期性”—在心臟活動期間表現(xiàn)出的數(shù)據(jù)峰值，開發(fā)出可動態(tài)配置的裝置。盡管仍在電路設(shè)計階段，一名學(xué)生表示，這種可穿戴式感測器在顯示低訊號活動時，能夠自動進(jìn)入低功率模式。
在UCSD的整合系統(tǒng)神經(jīng)工程學(xué)系中有一項計劃，旨在透過更準(zhǔn)確的測量視網(wǎng)膜活動，以及進(jìn)一步探索有效的幻視，“促進(jìn)視網(wǎng)膜假體治療神經(jīng)退化性失明的現(xiàn)況”。
奈米工程視網(wǎng)膜假體研究
藉由在完整的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞上傳送可控制的電子刺激脈沖，研究人員們能夠監(jiān)測視網(wǎng)膜的退化情況。這種脈沖可能導(dǎo)引視覺感知視網(wǎng)膜退化。為了更易于從退化的視網(wǎng)膜監(jiān)測光幻視現(xiàn)象，研究人員們在位于視網(wǎng)膜下的區(qū)域開發(fā)了一種具有光敏電極陣列的視網(wǎng)膜假體。
這種視網(wǎng)膜假體還內(nèi)建植入式晶片與無線電源，可實現(xiàn)遠(yuǎn)端資料遙測，讓研究人員們能夠注意到不同類型的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，以及調(diào)整電刺激模式。該IC能夠發(fā)射6.78Mb/s的資料，并在13.56 MHz時提供高達(dá)6mW的功率。
