新的皮肤贴片让我们更接近可穿戴的一体化健康监测器

加州大学圣地亚哥分校的工程师开发了一种柔软、有弹性的皮肤贴片，可以戴在脖子上，以连续跟踪血压和心率，同时测量佩戴者的葡萄糖、乳酸、酒精或咖啡因水平。它是第一款同时监测人体心血管信号和多种生化水平的可穿戴设备。

这种设备可以使管理高血压和糖尿病的人受益——这些人也有患 COVID-19 重病的高风险。还可用于检测脓毒症的发病情况，脓毒症的特点是血压突然下降，乳酸水平迅速升高。

一个可以做到这一切的柔软皮肤贴片还可以为重症监护病房的患者（包括新生儿重症监护病房的婴儿）提供一种方便的替代方案，他们需要持续监测血压和其他生命体征。这些程序目前涉及在患者动脉深处插入导管，并将患者与多台医院监护仪相连。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授约瑟夫·王说：“这里的新颖之处在于，我们采用完全不同的传感器并将它们合并到一个像邮票一样小的平台上。” “我们可以通过这款可穿戴设备收集大量信息，并且以非侵入性的方式收集信息，不会对日常活动造成不适或干扰。”

贴片是一层薄薄的弹性聚合物，可以贴合皮肤。它配备了一个血压传感器和两个化学传感器——一个测量汗液中的乳酸（一种体力消耗的生物标志物）、咖啡因和酒精的水平，另一个测量间质液中的葡萄糖水平。

该贴片能够同时测量三个参数，每个传感器一个参数：血压、葡萄糖，以及乳酸、酒精或咖啡因。

血压传感器位于贴片中心附近。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到贴片上。施加在换能器上的电压使它们将超声波发送到体内。当超声波从动脉反弹时，传感器会检测到回波并将信号转换为血压读数。

化学传感器是两个电极，它们用导电墨水丝网印刷到贴片上。感应乳酸、咖啡因和酒精的电极印在贴片的右侧；它通过将一种叫做毛果芸香碱的药物释放到皮肤中来诱导出汗并检测汗液中的化学物质而起作用。另一个感应葡萄糖的电极印在左侧；它的工作原理是将温和的电流通过皮肤释放间质液并测量该液体中的葡萄糖。

研究人员对测量这些特定的生物标志物很感兴趣，因为它们会影响血压。 “我们选择的参数可以为我们提供更准确、更可靠的血压测量结果，”纳米工程博士 Juliane Sempionatto 说。王实验室的学生。

“假设您正在监测您的血压，并且您在白天看到峰值并认为有问题。生物标志物读数可以告诉您这些峰值是否是由于摄入了酒精或咖啡因。这种传感器组合可以为您提供这种类型的信息，”她说。

在测试中，受试者将贴片戴在脖子上，同时执行以下任务的各种组合：在固定自行车上锻炼；吃高糖食物；喝酒精饮料；和喝含咖啡因的饮料。贴片的测量值与商业监测设备（如血压袖带、血乳酸计、血糖仪和呼气测醉器）收集的测量值非常匹配。在实验室通过测量添加咖啡因的汗液样本来验证佩戴者的咖啡因水平。

制作贴片的最大挑战之一是消除传感器信号之间的干扰。为此，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。他们发现一厘米的间距可以做到这一点，同时保持设备尽可能小。

研究人员还必须弄清楚如何在物理上保护化学传感器免受血压传感器的影响。后者通常配备液体超声凝胶以产生清晰的读数。但是化学传感器也配备了自己的水凝胶，问题是如果血压传感器中的任何液体凝胶流出并与其他凝胶接触，就会造成传感器之间的干扰。因此，研究人员改为使用固体超声凝胶，他们发现这种凝胶与液体凝胶一样有效，但没有泄漏

该团队已经在开发新版本的补丁，其中包含更多传感器。 “有机会监测与各种疾病相关的其他生物标志物。我们希望为这种设备增加更多的临床价值，”Sempionatto 说。

正在进行的工作还包括缩小血压传感器的电子元件。现在，传感器需要连接到电源和台式机器以显示其读数。最终目标是把所有这些都放在补丁上，让一切无线化。