可穿戴生物传感器可能为个性化健康铺平道路

肿胀、嗡嗡作响和嗡嗡作响的病房表明，监测患者的健康充其量是一个侵入性和不舒服的过程，最坏的情况是一个危险的过程。宾夕法尼亚州立大学的研究人员希望改变这种情况，使生物传感器使健康监测变得不那么麻烦，更加准确和安全。

计算与数据科学研究所的附属机构、多萝西奎格勒(Dorothy Quigler)的工程学教授拉里程(Larry Cheng)表示：关键是要让传感器变得如此灵活和灵活，以至于它可以轻松地与复杂且不断变化的人体轮廓相结合。他的实验室在设计能做到这一点的传感器方面取得了进展。

如果节能和可扩展的生物传感器可以大规模实现，研究人员建议工程师可以追求--在某些情况下，已经追求了--一系列传感器的选择，这些传感器可以戴在身上，甚至可以放在体内。回报将是更智能、更有效、更个性化的医疗保健和更好的健康决策--而无需大量巨大的嗡嗡作响的监控设备。

宾夕法尼亚州和世界各地的研究人员正在研究的一些想法包括可以与生物传感器结合的柔性纺织品。纸基传感器也可以用来制造智能绷带，它可以监测伤口的状态。临时纹身甚至可能包括用于健康监测的生物传感器。例如，由生物传感器支持的纹身可以为糖尿病患者提供他们葡萄糖水平的即时估计。

研究人员最近发布了他们对灵活和可扩展生物传感器最新发展的分析。

更强的计算能力

彭州材料研究所成员程表示，能够传输数据的天线是这些生物传感器想法的关键要素。但不可能是普通的天线。人体内的天线会要求它不仅要耐用，承受身体的极端条件，还要有伸缩性，这样才能适应体内各种器官组织的轮廓。

创建这些可伸缩天线需要复杂的计算来模拟所有传感器设计中可能发生的不同变化，以确定最佳设计。他补充说，这意味着设计过程本身需要大量的计算能力。

程说："当我们研究这些想法时，我们会探索许多不同的模式和设计，但这可以创造更多的参数。"这可能会成为一个问题，因为很难找到所有不同参数的正确设计。这就是为什么我们需要更多的计算能力--这种额外的计算能力可以帮助我们玩不同的参数，并找出每个参数的效果。然后我们可以找到如何优化它们。"

该团队还想知道机械和电磁特性如何随着设备形状的变化而变化。

他说："我们需要使用计算资源来设计这种可扩展且高效的天线，但更重要的是，我们可以用这种可扩展的天线做很多事情，因为如果我们想获得这些传感器发送数据的地方，这种天线是你无法绕过的关键元素。"

更多动力

下一步是找到给传感器供电的方法。郑说，目前的电池可能太大太硬，无法为传感器供电，可以在人体上或人体内工作。他的实验室正在研究一种为生物传感器供电的新方法。

虽然我们可能认为必须在能源中插入传感器，但程说，我们实际上被自然和人造能源所包围，这些能源被称为环境能源。

他说："我们目前的重点也是收集环境能源，包括Wi-Fi-3G、4G或5G，甚至微波源。无论你是否使用环境能源，它都会一直存在。即使你睡着了，它也在那里。如果我们不收获能量，它就会被浪费。"

研究人员的设计需要一个可伸缩的整流天线，它可以将电磁能量转换成直流电。程说，这可能是给设备供电的能力，或者是把充电电池作为电源。

由于该装置可以获得更大范围的可用能量，初步结果显示，研究人员的设计比现有模型好10到100倍.

郑恩西说："如果我们只在一个频率获得能量，肯定会尽可能减少我们可以使用的能量，但是通过在设备周围的宽带获得能量，会提高效率。」

未来方向：弹出窗口和器官

程说，未来他的团队将继续研究生物传感器，但他们也在研究生物传感器与器官之间的潜在整合，器官是人类培育的器官特异性组织，旨在模仿自然器官的功能。程说，器官可以用于医学检测。

他说："动物试验经常用于医学研究，但器官测试会给我们一个更符合伦理的选择。"

程补充说，设计可以呈现三维形状的材料是该小组未来将探索的另一个领域。这些"弹出式"设计可以作为平面插入目标区域，但随后会变形为三维形状。这些技术可用于卫生和医疗领域的未来应用。