智能皮膚——可穿戴設(shè)備新秀

江澤珍/編譯

●總有一天，帕金森氏癥患者能夠擺脫口服藥物，代之以僅僅是一片薄薄的智能皮膚貼片。

通過(guò)特殊的傳感器，智能皮膚貼片能檢測(cè)到穿戴者的生命特征，并將這些信息自動(dòng)傳送給主治醫(yī)生，如果需要的話，還能及時(shí)給藥。雖然這種設(shè)施在廣泛的實(shí)施應(yīng)用之前仍需面對(duì)很大的挑戰(zhàn)，但韓美兩國(guó)研究人員認(rèn)為，將標(biāo)準(zhǔn)電子和輕便材料結(jié)合在一起的創(chuàng)新能夠?qū)ⅰ拔磥?lái)概念”更好地引入到現(xiàn)實(shí)生活中。

穿戴式設(shè)備

電腦和智能手機(jī)之類的電子器具通常是由硅片構(gòu)成的，雖然很耐用，但對(duì)于穿戴式設(shè)備來(lái)說(shuō)，既笨拙又不方便。而在柔軟的硅條或塑膠條上置入印刷電路板，所構(gòu)造的電子器具是可彎曲的。比如，該器具貼在皮膚上時(shí)，可彎曲的底層能使裝置隨意拉伸、彎曲；缺點(diǎn)是，缺乏主要的組件，即可彎曲拉伸的電池和處理器。

首爾國(guó)立大學(xué)的生物工程助理教授Dae-Hyeong Kim領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種稱為補(bǔ)丁貼片的療法，能自動(dòng)為帕金森氏癥患者供藥。帕金森氏癥是一種神經(jīng)系統(tǒng)疾病，通常導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)障礙，如手震顫等，患者必須定時(shí)吃藥。而補(bǔ)丁貼片療法其原理是通過(guò)震顫探測(cè)傳感器來(lái)提供患者所需的藥物劑量，通常比醫(yī)囑給定的劑量小。

與尼古丁貼片不同的是，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與藥物傳輸系統(tǒng)結(jié)合的補(bǔ)丁貼片，其底層覆蓋了一層填滿藥物的多空二氧化硅納米粒子，需要時(shí)會(huì)自動(dòng)釋放藥物。Kim團(tuán)隊(duì)在《自然-納米技術(shù)》上刊文稱：貼片有一個(gè)小型加熱器，可自動(dòng)激活納米粒子，進(jìn)而釋放適量的藥物進(jìn)入人體。

包括伊利諾伊大學(xué)材料學(xué)家約翰·羅杰斯（John Rogers）帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)出一種與Kim一樣輕便的可將電子部分融合在同一種結(jié)構(gòu)中的穿戴式裝置。羅杰斯把這一裝置比作果醬甜甜圈：在透明外殼與硅膠之間流動(dòng)著的少量硅流體，就像甜甜圈中的糖漿一樣。

羅杰斯團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》上刊文稱：“將電子組件切割到一定的大小后，使其漂浮在流體上，再用蛇形線使之與外殼連接。當(dāng)貼片與皮膚一起伸展時(shí)，連接電子部分的線就會(huì)像折紙一樣展開(kāi)，使電子部分自由移動(dòng)；當(dāng)貼片收縮時(shí)，連接線會(huì)回到原來(lái)的位置。”

仍有待改進(jìn)

盡管可穿戴式裝置給患者帶來(lái)很多好處，但Kim團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這類裝置制造過(guò)程較為麻煩，目前只能在大學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)手工打造。包括沒(méi)有適合補(bǔ)丁貼片的電池和處理器，研究人員只能在外部添加一些裝備。Kim說(shuō)：“對(duì)于帕金森患者來(lái)說(shuō)，這個(gè)裝置很實(shí)用，貼上后就無(wú)需擔(dān)心忘記吃藥了。”羅杰斯說(shuō)：“雖然這些創(chuàng)新解決了部分穿戴式電子產(chǎn)品面臨的問(wèn)題。”但Kim和羅杰斯坦承，“在投入市場(chǎng)前，仍會(huì)面臨很多的挑戰(zhàn)。”

斯坦福大學(xué)從事可穿戴式傳感器研發(fā)的化學(xué)工程教授鄭南寶（音譯）說(shuō)：“對(duì)于皮膚貼片來(lái)說(shuō)，一些關(guān)鍵部件，如電池或處理器目前還沒(méi)有一個(gè)靈活的可與皮膚匹配的形式。兩個(gè)團(tuán)隊(duì)展示的新型組件在可伸展度上有突破，但要與可穿戴設(shè)備完全匹配且自如應(yīng)用，仍有待努力。”

Kim提出，智能手機(jī)和智能手表或可以用作貼片的遠(yuǎn)程電池及處理器。目前他正在研究用無(wú)線天線給穿戴式電子產(chǎn)品充電或替代電池。或許，將貼片的信息數(shù)據(jù)處理“外包”，能減少貼片自身電量的消耗，生產(chǎn)成本也會(huì)降低。