江苏激光联盟导读：
科研人员可根据个人需求利用3D打印定制可穿戴设备，这可能意味着疾病监测和治疗、新药测试以及个人健康状况实时追踪可将拥抱巨大进步。
可穿戴传感器几乎无处不在，可以监测我们所走的步数、心率等。但是，要想对虚弱的老年人进行突发疾病监测、致命疾病进行及时诊断、新药疗效进行测试或对职业运动员的表现进行实时跟踪等，则必须使用医疗级设备。
亚利桑那大学的科研人员在生物医学工程助理教授Philipp Gutruf和工程学院的Craig M. Berge 研究员领导下，在《Science Advances》上公开了他们的最新成果，称他们开发了一种他们称之为“生物共生设备 (biosymbiotic device)”的可穿戴设备，该设备有了全新的突破，优势明显——这些设备不仅是定制的3D打印的，根据基于佩戴者的身体扫描进行设计，而且它们可以通过无线能量传输和紧凑的能量存储相结合的方式持续运行、无需充电。
亚利桑那大学(University of Arizona)的科研人员开发出一种全新的方法，可以根据穿戴者的身体、身形进行扫描，对医疗级可穿戴设备（图为其中一种）进行3D打印。来源：Gutruf Lab
研究人员说道：“我们引入了一个全新的概念，即直接为一个人量身定制一个设备，并使用无线电源投射，让设备全天候运行，而无需充电。”
当前的可穿戴传感器面临各种限制，比如智能手表需要充电，再比如由于它一般放在手腕上，只能收集有限的数据。该团队的研究设计正是通过对佩戴者身体进行3D扫描，使用磁共振成像、计算机断层扫描甚至仔细组合的智能手机图像等方法收集数据，并且3D打印定制的设备，这些设备可以包裹身体的各个部分。想象一下专为你的二头肌、小腿或身体设计的轻质透气网眼袖口，这一袖口别人几乎注意不到。这种专门放置传感器的能力使研究人员能够对生理参数进行前所未有的测量。
“如果你想要持续接近核心体温进行测量，你可以把传感器放在腋窝；如果你想测量你的二头肌在运动中变形的方式，可以其附近中放置一个传感器，”生物医学工程博士生、该论文的第一作者Tucker Stuart说：“由于我们制造设备、将其连接到身体上的方式有所创新，我们能够使用它来收集传统的腕戴式可穿戴设备无法收集的数据。这可以算得上是一个前所未有的突破。”因为这些生物合成装置是为佩戴者定制的，所以它们也非常灵敏。Gutruf的团队测试了该设备在一个人跳跃、在跑步机上行走和使用划船机时监测各种参数的能力（包括温度和张力等），在划船机测试中，让受试者佩戴多种装置，实时跟踪其运动强度和肌肉变形的细节信息。实验结果表明这些设备足够精确，甚至可以探测到受试者上了一段楼梯引起的体温变化。Gutruf和他的团队并不是第一个将可穿戴设备用于追踪健康和评估身体功能的人。然而，之前的可穿戴设备没有能力持续跟踪指标，也没有足够的精度做出医学上有意义的结论。研究人员一般使用的一些可穿戴设备是贴在皮肤上的贴片，但当皮肤经历正常的脱落或者当受试者出汗时，它们就会脱落。即使是在临床环境中使用心电监护仪等高度复杂的可穿戴设备，也面临着这些问题。此外，它们不是无线的，这严重限制了移动性。如果病人被束缚在笨重的外部设备上，他们就无法进行正常的日常活动。Gutruf团队引入的生物合成设备不使用粘合剂，可从几米范围内的无线系统获得能量。该设备还包括一个小型能量存储单元，因此即使佩戴者外出、超出系统范围，它也能正常工作。“佩戴这些装置时，佩戴者不需要与之互动。你戴上以后完全可以忘了它，它完成它的工作，佩戴者完成自己的事情，互不打扰。”该团队正在与亚利桑那大学的商业化部门Tech Launch Arizona合作，以保护知识产权，并将启动一家初创公司，将该技术推向市场。
来源: University of Arizona官网；Tucker Stuart et al, Biosymbiotic, personalized, and digitally manufactured wireless devices for indefinite collection of high-fidelity biosignals, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abj3269. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj3269
文章评论