發布日期：2022-10-07 點擊率：54
美國加州大學圣地亞哥分校(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，目前已經針對各種醫療用途開發出幾款適合皮膚使用的微型低成本感測器/傳感器原型。
UCSD奈米工程學系教授兼該校穿戴式感測器研究中心總監Joe Wang展示一種配備電化學感測器的暫時性紋身貼紙，可即時監測電解質與代謝物。這種紋身貼紙采用網版印刷制造，可持續配戴長達一周之久。
紋身貼紙感測器透過藍牙低功耗技術傳送資料
這種感測裝置“耦合了以皮膚為基底的彈性以及電化學性能”，從而實現高效率的感測功能。內建的感測器利用液滴的方式實現非侵入式的糖尿病監測，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并補充說，這種紋身貼紙感測器在開發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內衣的彈性腰帶來進行測量。如圖所示，衣物上的多電極層能夠感測爆裂物，而手套上的“法醫手指”感測器則可用于在犯罪現場進行分析。
“我們的目標是在衣袖上開發一個"法醫實驗室"，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及其開發團隊并與美國海軍合作，將可印式感測器放在潛水服中，用于監測水下安全與環境情況。
此外，微創微針感測器/傳感器也正在開發中。研究人員們希望能夠創造出多達15種碳基微針電極陣列，以便監測皮膚下的電解質。這些微針幾乎可以完全植入皮下，除了監測電解質以外，還能有效地輸送藥物。
(左)微針深度(右)9個微針陣列
“我們持續監測在皮膚下的多種化學標記。最終的目標在于建立意識、行為、處理和反饋系統，并結合藥物輸送執行器與感測器，”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。醫生可觸發這些儲液槽以不同的時間間隔或劑量傳送藥物。
加州大學圣地亞哥分校生物工程系的學生展示了這項經驗證可行的概念，包括定點照護(POC)系統進行血糖監測。可攜式葡萄糖分子檢測平臺可插入于任何智慧型手機中，最終還可能用于更基本的手機中。該目標在于降低目前約23美元左右的葡萄糖監測儀價格，而且也讓使資料可即時傳送給醫生。
用于監測葡萄糖的定點照護檢測系統
長期不間斷的心電圖(ECG)監測也需要用到可穿戴式感測器。研究人員們的設計利用ECG的“準周期性”—在心臟活動期間表現出的數據峰值，開發出可動態配置的裝置。盡管仍在電路設計階段，一名學生表示，這種可穿戴式感測器在顯示低訊號活動時，能夠自動進入低功率模式。
在UCSD的整合系統神經工程學系中有一項計劃，旨在透過更準確的測量視網膜活動，以及進一步探索有效的幻視，“促進視網膜假體治療神經退化性失明的現況”。
奈米工程視網膜假體研究
藉由在完整的視網膜神經節細胞上傳送可控制的電子刺激脈沖，研究人員們能夠監測視網膜的退化情況。這種脈沖可能導引視覺感知視網膜退化。為了更易于從退化的視網膜監測光幻視現象，研究人員們在位于視網膜下的區域開發了一種具有光敏電極陣列的視網膜假體。
這種視網膜假體還內建植入式晶片與無線電源，可實現遠端資料遙測，讓研究人員們能夠注意到不同類型的視網膜神經節細胞，以及調整電刺激模式。該IC能夠發射6.78Mb/s的資料，并在13.56 MHz時提供高達6mW的功率。
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