柔性電子皮膚快速發(fā)展

趨勢一：檢測汗液成分研究最熱門

汗液中含有大量生理信息，一直是穿戴式生理監(jiān)測未充分利用的資源。汗液分析具有類似血液分析的效果，可有效了解身體狀況，例如運(yùn)動狀況、監(jiān)測心率及身體水分等，且相較于抽血僅能獲得單一時間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，汗液監(jiān)測可以獲得一段時間內(nèi)的生理變化。

其中較多研究是探討監(jiān)測汗液中的葡萄糖濃度，用以追蹤與血糖相關(guān)的問題。美國加州大學(xué)伯克利分校Zhao Jiangqi教授與其團(tuán)隊(duì)研發(fā)出能自行供電的智能手表，即可用于監(jiān)測汗液的葡萄糖濃度，表帶為可撓式太陽能發(fā)電面板，并使用可撓式鋅錳電池儲存太陽能發(fā)電電力，即可長時間不脫下手表充電、實(shí)現(xiàn)持續(xù)監(jiān)測。

但汗液檢測技術(shù)最大的問題，在于受測者需要產(chǎn)生汗水，使用范圍被限制在受測者運(yùn)動時。美國辛辛那提大學(xué)Jason Heikenfeld教授及其團(tuán)隊(duì)因此研發(fā)出一種能刺激皮膚汗腺的貼片，結(jié)合在傳感器上，其中含有卡巴膽堿藥劑，使用極微小的電流，將藥劑引至皮膚上來刺激汗液產(chǎn)生，再用傳感器分析汗液。

簡而言之，檢測汗液以達(dá)到生理監(jiān)測屬于較為主流的方式，在微型電子設(shè)備的組成、傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)傳導(dǎo)等方面都有顯著進(jìn)展，不過未來還需持續(xù)增進(jìn)傳感器的靈敏度、可分析物質(zhì)的范圍，以及解決不同環(huán)境影響造成的傳感變化，以提升替代檢測血液的可靠性及穩(wěn)定性。

趨勢二：柔性電子皮膚快速發(fā)展

人體表層多為皮膚覆蓋，可附著于皮膚的傳感裝置便受到重視，電子皮膚主要通過非常薄的電極、電源、通訊元件等組合而成，通常具備柔韌性、延展性，且仿造人體皮膚、有自我修復(fù)的能力，在實(shí)際應(yīng)用中，類似電子皮膚這種柔性裝置，可能因受測者動作而帶來的拉伸、彎曲使結(jié)構(gòu)損壞，因此電子皮膚相關(guān)的材料研究逐漸獲得重視。

中科院深圳科學(xué)技術(shù)研究院團(tuán)隊(duì)將石墨烯與納米碳管引入聚胺酯基質(zhì)中，以獲得柔性納米復(fù)合物用來包覆傳感器，提升介電性與導(dǎo)熱性，降低使用裝置的損傷并具自行修復(fù)功能。

美國伊利諾伊大學(xué)貝克曼研究所提出三項(xiàng)電子皮膚整合方法，包含臨時紋身型，如將NFC芯片直接安裝于丙烯酸膠膜上，并貼于皮膚；軟／硬整合型，將傳感芯片及可延展的電路裝于柔性基板上；特定用途型，如置于發(fā)泡硅膠上的汗液傳感器。

近日韓國科學(xué)技術(shù)院則利用3D打印，研發(fā)出接合液態(tài)金屬及微凸塊陣列的壓力傳感器，解決固態(tài)材質(zhì)的軟性傳感器準(zhǔn)確度不足的問題，可精確測量脈搏、血壓，且成本相對低廉，預(yù)估可使用超過一萬個伸展周期。

而未來的技術(shù)除了保持電子皮膚的柔韌性及可修復(fù)性，還會持續(xù)走向透明化、大面積化，并可應(yīng)用于殘疾人士的義肢，通過檢測神經(jīng)刺激，傳遞腦部電信號以控制義肢的活動。甚至可連結(jié)即時的數(shù)據(jù)分析，了解所觸摸的環(huán)境表面是否有細(xì)菌。

趨勢三：檢測眼淚及眼壓的智能隱形眼鏡受矚目

另一項(xiàng)發(fā)展相對較為成熟的生理傳感裝置，是檢測眼淚及眼壓的智慧隱形眼鏡。眼淚如同汗液一樣含有許多生物標(biāo)記物，許多研究也希望以淚液檢測取代血液分析，加上隱形眼鏡為大多數(shù)人常用的物品，將化學(xué)傳感器結(jié)合至隱形眼鏡中，或可采集眼淚中的葡萄糖濃度等信息，借此追蹤、診斷糖尿病或心血管等疾病。

通過隱形眼鏡測量眼壓，也是另一種傳感類型。瑞士醫(yī)療器械制造商Sensimed即開發(fā)出水晶體眼壓傳感器，應(yīng)用壓電傳感原理，當(dāng)眼壓改變時電阻會跟著改變，以這種方式做青光眼的監(jiān)測與診斷，鏡片內(nèi)嵌入天線、電路及發(fā)射器，可通過藍(lán)牙連結(jié)至電腦進(jìn)行資料傳輸。

臺灣交大電機(jī)工程系教授邱俊誠所領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，也成功研發(fā)出傳感器隱形眼鏡，以硅水凝膠為鏡片主體，具有透水、透氧性能，傳感器及芯片則以金作為材料，使眼睛不會直接接觸到傳感器。

這類生理傳感裝置未來的挑戰(zhàn)，也與汗液類似，眼淚中傳感標(biāo)的將擴(kuò)大到其他代謝物及電解質(zhì)，也可用于檢測與疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)濃度，但仍需進(jìn)行相關(guān)的研究與驗(yàn)證，此外將微型電子設(shè)備置于眼睛對安全性要求高，此課題仍有待研究。

趨勢四：口腔唾液，容易采集感測

口腔中的唾液及呼吸的氣息皆含有大量的生物標(biāo)記，如代謝物、各種酵素、蛋白質(zhì)與微生物等，且唾液采集容易、便于提供利于診斷的有用訊息，近期有越來越多的研究探討各種置于口中的傳感裝置。

美國塔夫茨大學(xué)工學(xué)系研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出迷你牙齒貼片型傳感器，僅須貼在牙齒上即可開始檢測，以化學(xué)傳感器檢測口中的葡萄糖、鹽分、酒精等攝取量，再借由內(nèi)建的微型天線，傳送食物不同營養(yǎng)成分所產(chǎn)生頻率波長的改變到智能手機(jī)，以了解飲食情況。

美國加州大學(xué)圣地亞哥分校與阿爾卡拉大學(xué)共同合作研發(fā)出用于分析嬰兒唾液的奶嘴傳感器，由于嬰兒的皮膚及眼睛都未發(fā)育完全，不適用上述檢測方式，然而持續(xù)監(jiān)測嬰兒的血糖值非常重要，若失調(diào)可能會嚴(yán)重?fù)p害神經(jīng)功能，奶嘴傳感器是將傳感器置于中間，相關(guān)電子零件置于把手處，從奶嘴頭收集唾液至電化學(xué)室進(jìn)行檢測，再傳送至手機(jī)了解嬰兒生理狀況。

與汗液和眼淚相比，唾液比較容易取樣，但也容易受食物等污染影響，因此需開發(fā)更具抗污性的材質(zhì)及裝置，以降低環(huán)境或其他非主要檢測標(biāo)的物的干擾。
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