新型柔性傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)身體的血液氧含量

如果沒(méi)有血液的關(guān)鍵成分——氧氣的持續(xù)吸入，傷口就無(wú)法愈合。近日，由加州大學(xué)伯克利分校（UC Berkeley）工程師開發(fā)的新型柔性傳感器可以在大面積皮膚、身體組織和器官上繪制血氧含量圖，從而為醫(yī)生提供了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傷口愈合情況的新方法。

新型傳感器由印刷發(fā)光二極管和光電探測(cè)器交替組成陣列，可以探測(cè)身體任何部位的血氧含量。傳感器將紅光和紅外光照射進(jìn)皮膚內(nèi)，并探測(cè)反射光的比例。（照片由UC Berkeley的Arias研究小組Yasser Khan提供）“當(dāng)你聽到血氧計(jì)這個(gè)詞時(shí)，你會(huì)想到血氧傳感器、又大又硬的指夾式傳感器等?！盪C Berkeley的電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)研究生Yasser Khan說(shuō)，“我們希望可以擺脫這種狀況，向大家展示血氧計(jì)也可以輕薄和靈活。”本周《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》對(duì)該傳感器進(jìn)行了詳細(xì)介紹，它由有機(jī)電子材料制成，印在可彎曲的塑料上，模塑成身體的輪廓。與指尖血氧計(jì)不同，它可以探測(cè)出網(wǎng)格中九個(gè)點(diǎn)的血氧含量，還可以放置在人體皮膚的任何地方。未來(lái)可能還會(huì)被用來(lái)繪制皮膚移植的氧合作用圖，或透過(guò)皮膚來(lái)監(jiān)測(cè)移植器官的氧含量，研究人員說(shuō)?！八惺褂醚鯕獗O(jiān)測(cè)的醫(yī)療應(yīng)用都可以從可穿戴式傳感器中獲益?！?/p>

UC Berkeley電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Ana Claudia Arias說(shuō)道，“糖尿病、呼吸系統(tǒng)疾病甚至睡眠呼吸暫停的患者都可以使用該傳感器，可以隨時(shí)隨地佩戴，以便全天候監(jiān)測(cè)血氧含量?！爆F(xiàn)有的血氧計(jì)都使用發(fā)光二極管（LED）發(fā)出紅光和近紅外光，并穿過(guò)皮膚，然后探測(cè)有多少光到達(dá)另一側(cè)。紅色、富含氧氣的血液會(huì)吸收更多的紅外光，而顏色更深、缺氧的血液則吸收更多的紅光。通過(guò)觀察透射光的比例，該傳感器就能夠確定血液中的氧氣含量。這些血氧計(jì)僅適用于部分透明的身體部位，如指尖或耳垂，并且只能測(cè)量身體單個(gè)點(diǎn)的血氧含量?！吧眢w上較厚的部位，例如前額、手臂和腿，幾乎無(wú)法通過(guò)可見光或近紅外光，因此，在這些部位測(cè)量氧合作用非常具有挑戰(zhàn)性。”Khan說(shuō)。

由印刷的有機(jī)光電探測(cè)器（頂部）和有機(jī)紅色和紅外LED（底部）組裝而成的類皮膚傳感器（照片由UC Berkeley的Arias研究小組Yasser Khan提供）2014年，Arias和他的研究生團(tuán)隊(duì)研究表明，印刷的有機(jī)LED可用來(lái)制作輕薄而靈活的血氧計(jì)，用于指尖或耳垂部位的測(cè)量。從那以后，他們進(jìn)一步推進(jìn)工作，開發(fā)出了一種利用反射光而不是透射光來(lái)測(cè)量身體組織氧合作用的方法。結(jié)合這兩種技術(shù)，他們制造出了新的可穿戴傳感器，從而可探測(cè)身體任何部位的血氧含量。這種新型傳感器是將紅光、近紅外有機(jī)LED和有機(jī)光電二極管陣列交替印刷在柔性材料上。

該團(tuán)隊(duì)使用此傳感器來(lái)記錄某個(gè)志愿者前額的整體血氧含量，隨著他呼吸的空氣中氧氣濃度逐漸降低（類似于海拔上升，氧氣濃度就會(huì)變低），發(fā)現(xiàn)其血氧含量與那些使用標(biāo)準(zhǔn)指尖血氧計(jì)的人是一致的。他們還使用該傳感器在綁著血壓袖帶的志愿者的前臂上繪制了三乘三網(wǎng)格的血氧含量圖?！耙浦彩中g(shù)后，外科醫(yī)生想要測(cè)量器官所有部位的吸氧情況?！盞han說(shuō)道，“如果利用傳感器，就必須移動(dòng)它來(lái)測(cè)量不同部位的氧合作用。使用陣列，就可以馬上知道是否有傷口沒(méi)有完全愈合。”