下一代可穿戴设备的关键挑战 | 智能技术

发布日期:2019-12-03 10:00
科学家必须解决一类新兴的生化可穿戴设备的灵活性、功率和药物输送问题。


图片:加州大学圣地亚哥分校

加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师测试了一种临时纹身,这种纹身可以提取并测量皮肤细胞之间液体中的葡萄糖水平。
几十年来,计步器一直在计算我们的步数,并提供了对流动性的洞察力。最近,人工智能手表开始实时跟踪一套生命体征。然而,除了机动性和生命体征之外,还有第三类信息可以通过可穿戴设备进行监控:生物化学。
 
 需要明确的是,有像自由式Libre这样的实时生化监测设备,它可以一次监测糖尿病患者14天的血糖,相对不引人注目。但是加州大学圣地亚哥分校纳米工程学教授Joseph Wang认为仍然有改进的空间。11月14日,在哈佛大学举行的ApplySci第12届可穿戴技术+数字健康+神经技术活动上,王在一次关于生物化学可穿戴设备的演讲中概述了制造此类可穿戴设备所面临的一些关键挑战,这些可穿戴设备就像Apple Watch一样无处不在且不显眼。
 
 Wang指出了必须解决的三个工程问题:灵活性、功率和治疗交付。他还讨论了他的研究小组为这些问题中的每一个确定的潜在解决方案。
 
 值得注意的是,生物测定--测量组织中化学物质的浓度--通常执行起来非常复杂。使用小型的、简单的可穿戴设备来管理它们将使任何需要进行生物测试的人变得更容易,无论是为了一次测试还是为了长期监控他们的健康。
  
 那么,为什么今天没有更多的可穿戴设备能够做到这一点呢?首先,王讨论了这样一个事实:虽然电化学装置几乎总是笨重和僵硬,但生物是软的。如果你要把葡萄糖监测穿戴在你的身体上,你希望它很小,在你移动的时候可以弯曲和伸展。这对老年人来说尤其重要,因为他们的皮肤比年轻人的皮肤更皱纹更薄。

王的研究小组已经开发出与临时纹身有很多共同之处的可穿戴平台。一般来说,这个想法是将可穿戴电路打印到一个临时的纹身状结构上,然后将整个东西直接涂在皮肤上。王展示了这种可穿戴的纹身,这种纹身的电路可以伸展到200%或300%,而不会撕裂或断裂。如果无论如何都会发生断裂,研究小组正在探索可以在破损时自行修复的材料。
 
 王说,除了测量糖尿病患者的汗液中的葡萄糖含量外,还可以使用这样的设备来监测汗液中的酒精含量。汗水中的酒精含量与血液中的酒精含量非常对应,因此一种快速的汗液酒精生物测定可以提供一种简单、无创的方法来连续地接近血液中的酒精含量,而不需要一个人不停地向酒精测定器吹气。王还提到了黑色素瘤检测系统的研究,该系统可以检查可疑皮肤痣中酪氨酸酶的水平。
 
 电源也是任何可穿戴设备的重要输入。无线设备没有电源是不行的,王所讨论的那种类似纹身的设备只能安装最小的电池。他认为这样的设备可以由他所说的生物燃料提供动力--比如人类汗液中的乳酸盐。
 
 除了感应外,更先进的生化可穿戴设备还可以传递药物或化学物质本身。王称这是一种“感觉/行为/治疗”方法,其中一个设备将能够执行生物测试,并通过微针皮下输送所需的药物。他提到美国军方有兴趣为士兵开发补丁,根据可穿戴传感器补丁检测到的疾病或疾病,可以根据需要管理多种药物--尽管微针解决方案对需要定期注射药物的人同样有用。
 
 王所讨论的想法在某些方面仍然遥不可及,但他和他的团队已经进行了十多年的研究。他们开发的一些想法已经发展成公司,例如可以监测唾液中健康标记的护口器。尽管如此,王指出,我们没有看到更多生化监测设备的主要原因之一,只是因为美国食品和药物管理局(U.S.Food and Drug Administration)要求的临床试验需要很长时间才能完成。