可穿戴传感器诞生 可监测重要生命特征

美国德克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院的一支工程师小组研发了一种方式，可快速印制价格低廉的一次性可穿戴微型生物传感器。这种传感器可粘在患者皮肤上——看起来就像纹身一样——用于监测患者的重要生命体征。不久后，这种可穿戴传感器有望在医院投入使用，取代心率监视器或者脉搏血氧计，为患有心脏病和其他疾病的老年患者以及其他年龄段的患者带去福音。

科克雷尔工程学院的工程师小组由卢楠舒(Nanshu Lu，音译)带队。在他们开始研究这种纹身型可穿戴传感器时，市场上已经存在很多微型智能传感器。不过，这些传感器均存在缺陷。卢楠舒表示现有传感器的问题并不在于这项技术本身，而是制造工艺，整个制造过程不仅耗时耗力，成本也很高。这些缺陷让制造价格低廉，临时监测健康状况的一次性传感器几乎成为一种不可能。她说：“如果是纹身型电子装置，没有人愿意重复使用，甚至包括你本人在内。因此，一次性使用是一个关键特征。”

在这种纹身型传感器出现前，类似传感器利用常规工程学手段制造，采用机械构件和金属电路，而后与富有弹性的粘合剂结合在一起。整个过程不仅耗费大量时间，成本也很高。为了解决这些问题，科克雷尔工程学院决定研发其他方式，让易碎的电子元件不仅柔软有弹性，同时还有粘性。利用3D打印技术的原理，他们找到了一种方式，利用机械切割器在金属片上刻出所需的结构，而不是利用模具制造电子元件。

卢楠舒指出：“我们开始寻找可以叠加在聚合物薄片上的金属片，基本上就像粘在双面胶上的铝箔。”最终，他们在五金店的家居装潢用品的货架上找到了这种造价低廉并且柔软可弯曲的金属。整个寻找过程容易得令人感到不可思议。在最后研制的结构中，他们利用类似镏金聚合物的元件充当热反射层。卢楠舒说： “我们发明了一种制造工艺，可以在这些薄片上切出所需的结构，而后移除无用的部分。剩下的部分被印制到医用胶带或者纹身粘合剂上。”

整个印制过程用时大约20分钟。与此前制造可弯曲电子元件采用的方式不同的是，这种制造工艺产生的废物很少，同时不需要专业实验室。卢楠舒表示希望将每个可穿戴传感器的制造成本控制在1美元左右。研究小组的目标是将多个传感器和天线集成，印制到一块信用卡大小的补片上，可在大约一周时间里监测重要生命体征，同时向医生和患者的PC、平板电脑和智能手机无线传输监测数据。

这种纹身型生物传感器可充当心电仪，测量心脏活动，或者充当脑电图描记仪，检测大脑机能——具体起到何种作用取决于传感器的位置。研究人员表示这种可穿戴传感器可用于测量皮肤含水量、呼吸率和眼部活动，监测血压和氧饱和度。从孕妇到运动员，很多患者都将成为这项技术的受益者。

大规模制造可穿戴传感器面临的其中一个最大挑战是通过蓝牙或者近场通信芯片实现无线操作。不幸的是，当前的芯片厂商生产的微芯片尚没有小到足以满足这种传感器要求的程度。为此，卢楠舒和她的研究团队决定自己动手，研制一种尺寸只有两平方毫米的微芯片。研究人员指出如果人们能够接受硬币大小的无线装置作为补片的一部分，这种可穿戴传感器可很快做好应用准备。卢楠舒说：“最酷的地方是，这是一项真正意义上的平台技术。你可以不断推动皮肤、传感器或者天线的边界。你可以在这个平台上添加你需要的东西。”