可穿戴生物传感器为个性化的健康和保健打下基础

（文章来源：科技报告与资讯）

目前医院监控患者健康情况的方式很多都是侵入性的，会产生不适的感觉。宾夕法尼亚州立大学的研究人员希望改变这一状况，通过制造生物传感器，以减少健康监测设备的体积，提高准确性和安全性。宾州州立大学附属材料研究所Dorothy Quiggle教授实验室的Larry Cheng说，关键是要使传感器具有可伸缩性和灵活性，使其可以轻松地与人体复杂的不断变化的轮廓集成在一起。Dorothy Quiggle实验室在这一方面取得较大进展。

如果能够实现大规模的既节能又可扩展生物传感器制造，研究人员建议工程师可以将传感器穿在身上或者直接放置在体内。这样能获得更智能、更高效、更个性化的医疗服务，而无需使用笨重、嗡嗡作响的监视设备。

包括宾夕法尼亚州立大学在内的全世界的研究方向包括：可以结合生物传感器的可拉伸纺织品、基于纸的传感器用于可监控伤口状态的智能绷带、结合生物传感器的临时纹身进行健康监测，比如，启用带生物传感器的纹身可以为糖尿病患者提供其葡萄糖水平的即时评估。

研究人员最近发布了他们对柔性和可拉伸生物传感器最新的研究进展，发表在《Micromachines》。宾州州立大学材料研究所的成员Cheng说，可以传输数据的天线是这些生物传感器想法的关键要素。但这不能是普通的天线。人体中的天线不仅需要在身体的极端条件下坚固耐用，而且还需要具有可伸缩性，才可以适合人体中各种器官和组织的轮廓。

创建那些可伸缩天线需要复杂的计算才能对传感器设计所能采取的所有不同变化建模，以确定最佳设计。他补充说，这意味着仅设计过程就需要大量的计算能力。

Cheng说：“在研究这些想法时，我们探索了许多不同的模式和设计，也产生了很多参数，这些参数也产生了新的难题，因为很难找到具有所有不同参数的正确设计。这就是为什么我们需要更多的计算能力 -这种额外的计算能力可以帮助我们利用不同的参数并找出每个参数的效果，然后我们才能找出如何优化它们。”

该团队还希望了解随着设备形状的变化机械和电磁性能如何变化。研究人员需要利用计算资源来设计这种可扩展的高效天线，借助这种可扩展天线，才可以做很多事情，因为如果想找到这些传感器传输数据的地方，天线是无法绕开的关键元素。下一步是寻找为传感器供电的方法。Cheng说，目前的电池太大而且太硬，无法为应用在人体中的传感器供电。他的实验室正在研究为生物传感器供电的新方法。

虽然我们可能认为传感器必须要接入电源，但Cheng说我们实际上被天然和人造的能源（称为环境能源）所包围。Cheng说：“我们现在的工作还集中在收集环境能量，其中包括Wi-Fi， 3G，4G或5G，甚至是微波源。有了环境能量，它就能一直运转。”

研究人员的设计要求使用可伸缩的整流天线，它可以将电磁能转换为直流电。Cheng说，这可以为设备供电，或作为电池的充电电源。由于该设备可利用的能量范围更广，因此研究人员的设计要比现有模型好10到100倍。“如果我们仅以单一频率收集能量，那当然会使我们可以使用的能量最小化，但是通过在设备周围的宽频带上收集能量，将会提高效率，” Cheng说。

Cheng说，他的团队将继续从事生物传感器的研究，他们还在研究生物传感器与类器官的潜在整合，类器官是人类培养的器官特异性组织，旨在模仿自然器官的功能，类器官可以用于医学测试。Cheng补充说，设计可以呈现三维形状的材料是该小组未来研究探索的另一个领域。这些“弹出式”设计可以作为平面插入目标区域，然后变形为3-D形状。这些可以被用于健康和医疗领域的应用中。
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