專訪麻省理工青年英雄榜上榜者：汗液傳感器發(fā)明者

　　來(lái)自加州大學(xué)伯克利分校的高偉博士在今年憑借著他的可穿戴汗液傳感器登上了今年的《麻省理工科技評(píng)論》年度青年英雄榜。為此，小編對(duì)高博士進(jìn)行了一次專訪，以便大家更深入地了解他的發(fā)明。

　　高偉博士于2007年本科畢業(yè)于華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院，2009年于于清華大學(xué)精密儀器系獲得碩士學(xué)位，2014年從加州大學(xué)圣迭戈分校獲得化學(xué)工程博士學(xué)位。目前在加州大學(xué)伯克利分校電子工程系進(jìn)行博士后研究工作，主要致力于柔性電子、可穿戴設(shè)備、生物檢測(cè)和納米機(jī)器人方面的研究。

　　高偉表示，可穿戴設(shè)備在未來(lái)個(gè)性化醫(yī)療中有著舉足輕重的地位。然而目前已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的可穿戴設(shè)備基本上只能檢測(cè)物理活動(dòng)和生命特征，可穿戴的化學(xué)傳感器研發(fā)的滯后極大限制了可穿戴設(shè)備在健康監(jiān)測(cè)上的廣泛應(yīng)用。

　　關(guān)于發(fā)明可穿戴汗液傳感器的初衷，高偉認(rèn)為在汗液中包含著有關(guān)我們身體健康狀況的大量信息，可以作為一個(gè)理想的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)的對(duì)象。

　　“雖然有一些基于電化學(xué)的和光學(xué)的汗液傳感器最近被報(bào)道，大部分的檢測(cè)需要非常龐大的檢測(cè)設(shè)備或者需要物理的導(dǎo)線連接。”高偉說(shuō)道,“同時(shí)汗液的產(chǎn)生與組成是非常復(fù)雜的，為了能夠獲取更多有用的關(guān)于人體生理健康狀態(tài)的信息，設(shè)計(jì)一種全集成的可穿戴的設(shè)備同時(shí)檢測(cè)汗液里的各種成分非常的有吸引力。”

　　由于汗液的產(chǎn)生與組成是非常復(fù)雜，為了能夠獲取更多有用的關(guān)于人體生理健康狀態(tài)的信息，高偉覺(jué)得設(shè)計(jì)一種全集成的可穿戴的設(shè)備同時(shí)檢測(cè)汗液里的各種成分非常的有吸引力。

　　在這個(gè)傳感器的基礎(chǔ)上，高偉和他的團(tuán)隊(duì)提出了全集成的可穿戴汗液檢測(cè)設(shè)備：它可以同時(shí)而且精準(zhǔn)的檢測(cè)人們運(yùn)動(dòng)中的表皮溫度和產(chǎn)生的汗液里的詳細(xì)的汗液代謝物和電解質(zhì)信息;檢測(cè)到的溫度信息還能用來(lái)校準(zhǔn)其他傳感器的讀數(shù)。這種設(shè)備在人們?nèi)粘５纳斫】当O(jiān)測(cè)和臨床醫(yī)學(xué)上都能得到廣泛的應(yīng)用。

　　關(guān)于高偉的可穿戴汗液傳感器的相關(guān)性能，小編進(jìn)行了深入了解。

　　供能

　　由于整個(gè)設(shè)備的總功耗很低(包括傳感器，信號(hào)處理和無(wú)線傳輸)很低。目前傳感器使用小型的可充鋰電池來(lái)供電。

　　耐腐蝕

　　在高偉的設(shè)備上層覆蓋有絕緣層(聚一氯對(duì)二甲苯(paryleneC))，可以有效地對(duì)抗汗水的腐蝕。由于運(yùn)動(dòng)出汗是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，新的汗液會(huì)沖刷掉舊的汗液，這樣就可以防止析出的鹽晶體干擾檢測(cè)。

　　此外，高偉的可穿戴汗液傳感器中柔性電路部分和傳感器部分是可分離的，工作時(shí)可以非常方便的通過(guò)柔性印刷電路連接器連接。同時(shí)，由于柔性塑料上制造的傳感器電極部分的成本極低，因此傳感器部分可以一次性的使用(即在每一次運(yùn)動(dòng)之前安裝新的傳感器電極)。

　　機(jī)械穩(wěn)定

　　高偉的傳感器電極是制作在不可拉伸的柔性塑料基底上而且被一層吸水膜所覆蓋，和皮膚之間并沒(méi)有直接接觸。而這層吸水膜的主要作用是吸收一定量的汗液用來(lái)維持穩(wěn)定的電化學(xué)測(cè)量。

　　因此，盡管吸水膜和皮膚之間可能會(huì)有相對(duì)滑動(dòng)，設(shè)備本身在運(yùn)動(dòng)中會(huì)有彎曲形變但是并不會(huì)被明顯的拉伸。

　　另外高偉團(tuán)隊(duì)也從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中證實(shí)了運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的彎曲形變并不會(huì)對(duì)傳感器的表現(xiàn)帶來(lái)顯著的影響。

　　工作溫度

　　高偉團(tuán)隊(duì)的產(chǎn)品能夠涵蓋正常的運(yùn)動(dòng)時(shí)皮膚溫度范圍。

　　此外很重要的一點(diǎn)，由于某些化學(xué)傳感器(比如葡萄糖和乳酸)的輸出會(huì)受到溫度變化的影響，因此高偉的系統(tǒng)里集成了皮膚溫度傳感器，可以用來(lái)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)其他傳感器的讀數(shù)。

　　汗液揮發(fā)的影響

　　因?yàn)楦邆F(tuán)隊(duì)的設(shè)備制造于基于柔性塑料上，而且正常穿戴的時(shí)候是面向皮膚的，因此包圍皮膚的設(shè)備塑料基底能夠大幅度的減小揮發(fā)帶來(lái)的的影響。

　　關(guān)于汗液檢測(cè)的發(fā)展現(xiàn)狀，高偉表示，一些汗液檢測(cè)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于臨床診斷。比如汗液中氯離子的濃度是診斷囊腫性纖維化(CysticFibrosis)的重要方法。目前越來(lái)越多的工作表明汗液蘊(yùn)含著大量的生理和臨床的信息，此外高偉的實(shí)驗(yàn)還表明，檢測(cè)汗液中的鈉離子可以用來(lái)監(jiān)測(cè)人體的脫水狀況。

　　關(guān)于汗液檢測(cè)的問(wèn)題，小編專門(mén)請(qǐng)教了上海一家三甲醫(yī)院檢驗(yàn)科的醫(yī)師們。

　　“汗液檢測(cè)技術(shù)成熟后，會(huì)在一些慢性疾病的監(jiān)控以及運(yùn)動(dòng)時(shí)的部分指標(biāo)檢測(cè)中發(fā)揮作用。問(wèn)題的關(guān)鍵在于能否找到汗液中標(biāo)志物和血液標(biāo)志物的濃度相關(guān)性，”一位醫(yī)師說(shuō)道。

　　根據(jù)醫(yī)師們的判斷，汗液檢測(cè)可能應(yīng)用的檢測(cè)包括糖尿病(即檢測(cè)血糖)、腎病(尿素和肌酐)、甲狀腺(甲狀腺激素)、性激素等。

　　關(guān)于產(chǎn)品的商業(yè)化進(jìn)程，高偉表示他們已經(jīng)申請(qǐng)了相關(guān)專利，也希望能真正把這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。

　　“我們目前在優(yōu)化設(shè)備，并且進(jìn)行大量的實(shí)時(shí)的人體汗液檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。我相信數(shù)年內(nèi)可穿戴的汗液傳感器能在實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。”高偉說(shuō)道。

　　高偉認(rèn)為產(chǎn)品的最終形態(tài)可能會(huì)是類似于智能手表或者手環(huán)的形式，或者也可以封裝在防汗帶中。