datasheet

MIT青年榜评高伟:监测汗液传感器入围“发明者”榜单

2016-10-08来源: 澎湃新闻关键字:传感器  可穿戴

   之前,美国加州大学伯克利分校博士后高伟心里藏着一个想法:如果有一个可以检测人体日常健康的传感器就好了,这样人们可以及时了解自己的健康问题。30岁出头的高伟在徐州农村长大,他经历过姥姥的遽然离世,是脑血栓,当天晚上就不认识任何人了,几个月后去世。

  现在,他在见证这个想法变成现实,由他领衔研发的全柔性汗液传感器问世。这款可穿戴的传感器外形如同运动防汗带,集结了配有蓝牙的印刷电路板、直径3毫米的5枚传感器、可以支撑10个小时使用时间的锂电池,通过检测汗液,来获取身体信息,并把数据无线传输至手机上的APP。

  8月,《麻省理工科技评论》年度青年英雄榜揭晓,高伟凭借这款汗液传感器,入围“发明者”榜单,成为上榜的6位中国人之一。

  MIT青年榜评高伟:监测汗液传感器入围“发明者”榜单

  高伟

  每年,全球会有35位35岁以上的“世界杰出青年创新家”入选这个榜单,高伟的博士后导师Ali Javey在7年前是入围者之一。今年,Ali Javey向《麻省理工科技评论》提名高伟。高伟说,他在学术界和科技界的很多偶像都曾榜上有名,如今他的履历里也添加了这个奖项。

  相继在华中科技大学和清华大学完成学业后,高伟赴美国加州大学圣迭戈分校攻读博士学位,2014年又至加州伯克利分校开始博士后研究,也就是从这个时候开始把汗液传感器作为研究方向。

  MIT青年榜评高伟:监测汗液传感器入围“发明者”榜单

  可穿戴的汗液传感器 高伟 图

  可穿戴传感器正成为潮流,高伟也认为它会在未来个性化医疗中扮演举足轻重的角色。但和市面上已经有的检测心率、体温等物理活动和生命特征的传感器不同,高伟向笔者介绍,这款汗液传感器的最大亮点在于从分子层面来检测健康,也就是说,利用人体体液中化学成分的含量来反映生命特征。

  几微升汗液,无创检测疾病

  用体液来检测身体情况很常见,医院的化验大多依靠各类体液。但高伟的想法是日常的,无需去医院进行的检测,这意味着优先选择无创的检测。这样一来,带有身体信息的血液被排除在外,获取血液意味着会有创口,对日常的实时检测来说并不实际。除此之外,还有什么体液,既携带大量生命信息,又可以轻松获取?

  高伟在汗液上看到了可能,汗液的化学成分多样,且容易获得。在初阶版本的汗液传感器中,高伟设定了5种检测维度:葡萄糖、乳酸、钠离子、钾离子还有体表温度,也在后续不断加入重金属、氯离子等检测对象。这些具体的检测对象可以窥视身体的秘密,高伟介绍说,已经在医学上比较确信的是,血液中的钠离子可以检测身体的脱水情况,氯离子可以用来诊断囊肿型纤维化,再比如人体中的葡萄糖和血液中的葡萄糖相关,可以来检测糖尿病。

  但高伟坦言,汗液并不是一个已经被大规模研究过的体液,还有很多未知的东西,虽然趋势乐观,但需要更多时间。一方面,汗液和血液在各个成分上的联系需要通过大量的临床试验来确认,另一方面,汗液可能是生命信息的富矿,有待开发更多的检测维度。

  “我们所研究出来的是一个平台,可以用来不同的产品,不管是更多还是更少的传感器,或者不一样的传感器,我们期待,最终都可以在这个平台上实现。”高伟说。

  用来检测多项生命数据,传感器需要多少含量的汗液来保持稳定的读数?高伟说传感器只需要几微升的汗液,也就相当于普通滴管中一滴水的十分之一,就可以让5个传感器各司其职,协同工作。

  几微升的汗液对运动状态的人体来说没有难度,目前,高伟和同事也主要把汗液传感器定位于人们运动时的场景。但若处于静态又不易出汗的环境中,高伟也想好了解决方案,一方面将传感器的尺度进一步缩小至微米级别,这样所需的汗量也会相应降低,另一方面,可以通过人工的方法让人体出汗。高伟告诉澎湃新闻,人工发汗就是通过美国一种对人体无害的药物,借用电流将该药物注入到皮肤表面,从而让皮肤表面出汗。

  全柔性系统,每秒钟采集5000个数据

  传感器监测到的信息最终要以数据的方式呈现。具体而言,不同的检测对象,传感器的工作原理也有所不同。葡萄糖和乳酸是基于催化酶的电流传感器,当汗液中葡萄糖和乳酸的浓度上升时,电流大小也会相应提高。而钠离子和钾离子不同,是电压传感器,电压输出的大小和汗液中两种离子浓度的对数成正比。

  MIT青年榜评高伟:监测汗液传感器入围“发明者”榜单

  汗液传感器构造。 美国加州大学伯克利分校 图

  所产生的电流、电压等经过电路的放大和滤波处理后,会抵达汗液传感器的微控制器,相当于是“大脑”部分,进行数据处理。处理完的数据借由蓝牙装置,被发送到手机APP,实时地在屏幕显示各个电解质、代谢物的含量和浓度读数。

  MIT青年榜评高伟:监测汗液传感器入围“发明者”榜单

  通过蓝牙,无线传输数据到手机。 美国加州大学伯克利分校 图

  “做出这一个系统,它能够真正非常舒适地被穿戴在人体上,而且能提供非常稳定的读数,这一点是非常重要的。”高伟承认这同时也是设计可穿戴传感器最大的难点。

   为此,高伟在一遍遍优化的过程中,逐渐清晰了两个关键词:柔性和校准。

   最开始,高伟把传感器做成了柔性材料,这相对容易点,后来也攻克了柔性电路板的难题,实现全系统柔性。如此一来,这条集成的腕带可以真正像防汗带一样,形成弯度,和皮肤更贴合。柔性材料带来的好处不仅是佩戴更舒适,因为和皮肤接触更好,也为提供可靠数据助力。

  校准则为数据的精准度“保驾护航”。所谓校准,是指不同的传感器之间“互帮互助”,提供不同的信息,以保证最后显示在手机屏幕的数据符合实际情况。温度传感器在校准中扮演着重要的角色,比如同样100微摩尔的葡萄糖,随着体表温度的上升,葡萄糖传感器的电流大小会改变。没有相应的体表温度,便无法根据电流大小换算出实际的葡萄糖含量。

  “你的体表温度是可以变很大的,是吧?如果你在热带还是在北极,这肯定是不一样的。”高伟说,除了校准,温度传感器还可用于某些皮肤病表征的检测。

  尽管体型不太,汗液传感器采集数据海量而迅速。高伟告诉澎湃新闻,每秒钟每个传感器会产生1000个数据,5个传感器协同工作的汗液传感器也就是5000个数据,但在实际的手机屏幕显示中,是按照每秒一次的数据更新速度。

  值得一提的是,微控制器产生的每个数据都为固定单位时间内所有值的平均,比如1.1秒时产生的数据是0.1秒到1.1秒之间1000个数据的平均值。除了平均值法,高伟还对电流进行低峰滤波的处理,只取直流电部分,排除人体自身噪音(交流电)的干扰。这么做的目的,高伟说,是让最终呈现在用户面前的数据曲线更加平滑,也更加准确,减少环境噪音对数据的波动。

   今年1月,以高伟为第一作者、关于这款全柔性汗液传感器的论文在国际期刊《自然》发表,是领域内的先行者。之后,不少公司和风投找来谈合作,但是高伟和导师Ali Javey选择先做优化,再谈商业化的问题。“我们希望先进一步地完善设备,让它能够在各种条件下提供更可靠的读数,另一方面我们在做大量的人体试验,希望我们的传感器能够有更多真正有用的用途 。”

关键字:传感器  可穿戴

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/article_201610086908.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:监测心电图 日本东丽“智能服装”进入医疗领域
下一篇:科学家们发明了一种能更精确测量血糖的技术

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

CHC Navigation 推出P2 GNSS系列传感器 可实现高精度定位

据外媒报道,CHC Navigation发布了P2 GNSS系列传感器,可被装置在一个紧凑、坚固的匣子中,能提供高精度的定位和定向。P2 GNSS系列传感器广泛应用于参考站、船舶系统、无人驾驶导航、工业自动化、机器人和机器控制等领域。P2 GNSS系列旨在通过结合多个连接接口,包括RS232、低延迟PPS输出、以太网、CAN总线协议和用于配置设置的全面web接口,以极大地减少系统集成工作。该系列集成了最新的GNSS技术,被装置在一个非常坚固的IP67和轻量匣子里。它提供可靠、不间断、高精度、实时定位和定向测量。P2 GNSS系列有三种不同的模型,可以满足不同的应用程序需求。The P2 GNSS传感器提供高性价比和强大的实时
发表于 2019-04-17

毫米波传感器实现边缘智能

作者:德州仪器Keegan Garcia通过毫米波传感器在边缘进行智能处理可以减少发送到中央服务器的数据量,增加传感器本身的决策量。物联网(IoT)推动建筑和家庭系统中更多设备和传感器连接网络:根据Gartner的估计,在2017年物联网覆盖的设备数量已达80亿。但随着连接到云的传感器数量日益增加,对网络带宽、远程存储和数据处理的系统要求也迅速提高。边缘处的智能处理可以减少发送到中央服务器的数据量,增加传感器本身的决策量。这可以在提升系统可靠性的同时,减少决策延迟和网络成本;如果服务器关闭,您最不愿意看到的就是传感器无法检测物体和做出决策!边缘智能和连接毫米波(mmWave)传感器以两种方式实现边缘智能。首先,毫米波可提供距离
发表于 2019-04-16
毫米波传感器实现边缘智能

TE压阻式力传感器在医疗设备应用中得到广泛应用

TE Connectivity (TE)的专家们创造了广泛而精深的传感器和应用专门技术,并已将此专门技术应用到了医疗设备领域传感器解决方案开发中,医疗设备领域传感器解决方案作为一个较大的产品分支,其范围甚广,目前大概有 40000 多种产品并涵盖多个纵向市场。这一产品应用范围与企业全球性足迹范围的结合,将使TE成为世界上最大的传感器专家之一。  TE 医用传感器所涵盖的测量范围包括对气泡、力、湿度、液量、位置、压力、脉搏/脉冲、温度和振动/加速等的监测。按照医疗设备的应用类型进行分类,传感器的应用设备类型应包括介入治疗器械、手术设备、病患监测设备、呼吸和透析设备、医院基础设施(如医疗气体分布)和穿戴式医疗仪器
发表于 2019-04-16
TE压阻式力传感器在医疗设备应用中得到广泛应用

TE Connectivity的振动传感器技术比较

TE Connectivity (TE)是全球最大的传感器公司之一,其创新的传感器解决方案可帮助客户将概念转化为智能互联新品。  在过去,加速度计主要用于重型高端机械,例如风力发电机组、工业泵、压缩机和暖通空调系统。随着自动化程度的提高,客户对大批量、更小型系统的监测需求不断增加,这些系统包括机床主轴、传送带、分拣台或机床,它们均需要更好的预测性维护。在这些应用中,机器故障时间是影响客户体验和盈利能力的一项关键因素。在过去,加速度计主要用于重型高端机械的状态监测。但是,在数字化工业变革的推动下,对大批量、更小型机械的监测需求正在增加。 为了检测所有可能的机械设备故障模式,加速度计的频率响应应为轴转速
发表于 2019-04-16
TE Connectivity的振动传感器技术比较

TE 推出M3200压力传感器,为要求苛刻的HVACR压力应用树立标杆

TE Connectivity (TE)是全球少数几家能够为一款全面加固型工业压力传感器配备数字输出的厂商之一。  TE Connectivity (TE) 的M3200是采用其专有MicrofusedTM技术设计和生产的庞大的压力传感器家族的最新成员。TE的技术源自苛求的航空航天应用,将微机械加工的硅压阻应变计用高温玻璃与不锈钢隔膜微融在一起。TE的技术是使用一整块钢打造一个独特的传感器前端结构,其结果就是一个没有易发生故障的焊缝和O型密封圈的密封配件。最重要的是:它更为可靠。M3200压力变送器是一款工业压力传感器,为那些要求苛刻的HVACR压力应用树立了一个新的性价比标杆。该产品提供丰富的螺纹压力端口
发表于 2019-04-16
TE 推出M3200压力传感器,为要求苛刻的HVACR压力应用树立标杆

技术文章—毫米波传感器实现边缘智能

通过毫米波传感器在边缘进行智能处理可以减少发送到中央服务器的数据量,增加传感器本身的决策量。 物联网(IoT)推动建筑和家庭系统中更多设备和传感器连接网络:根据Gartner的估计,在2017年物联网覆盖的设备数量已达80亿。 但随着连接到云的传感器数量日益增加,对网络带宽、远程存储和数据处理的系统要求也迅速提高。边缘处的智能处理可以减少发送到中央服务器的数据量,增加传感器本身的决策量。这可以在提升系统可靠性的同时,减少决策延迟和网络成本;如果服务器关闭,您最不愿意看到的就是传感器无法检测物体和做出决策! 边缘智能和连接 毫米波(mmWave)传感器以两种方式实现边缘智能。首先,毫米波可提供
发表于 2019-04-16
技术文章—毫米波传感器实现边缘智能

小广播

最新视频课程更多

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 医学成像 家庭消费 监护/遥测 植入式器材 临床设备 通用技术/产品 其他技术 综合资讯

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved