《自然》和《科學(xué)》助陣 FISA要重燃可穿戴雄風(fēng)

　　一說起可穿戴設(shè)備，我估計(jì)首先映入你腦海的大概是AppleWatch、Fitbit、Misfit、Jawbone和小米手環(huán)等。這五樣設(shè)備全球的出貨量應(yīng)該已經(jīng)超過2億只了。

　　EchoLabs推出的原型機(jī)

　　但是它們的功能好像一直停留在記步、測(cè)心率、測(cè)睡眠時(shí)間等無(wú)關(guān)痛癢的指標(biāo)。難怪EchoLabs在去年5月推出一款可檢測(cè)血液中的氧氣、二氧化碳、PH值、碳水化合物和血壓等數(shù)據(jù)的原型機(jī)，就被國(guó)內(nèi)外的媒體稱之為“重大突破”。盡管它長(zhǎng)得“五大三粗”。

　　從可穿戴設(shè)備研發(fā)的進(jìn)度和億萬(wàn)群眾的反應(yīng)，不難看出大家都期待能有一款可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)身體健康指標(biāo)的穿戴設(shè)備，但是，這種設(shè)備真的很難研發(fā)，稍微有一點(diǎn)兒進(jìn)步就可以算的上是“重大突破”了。

　　就在前幾天，這個(gè)“重大突破”可能是真的出現(xiàn)了。這可不是我說的，這是目前世界上頂級(jí)期刊說的。

　　《自然》雜志：可穿戴汗液傳感器為實(shí)時(shí)分析身體生化指標(biāo)鋪平道路。

　　《科學(xué)》雜志：新型腕帶通過檢測(cè)汗液監(jiān)測(cè)健康風(fēng)險(xiǎn)。

　　不賣關(guān)子，下面直接給大家看原圖。它戴在手腕上是這樣的。

　　戴在手腕上的FISA

　　還可以戴在頭上，是這樣的(當(dāng)然圖中是為了翻給你看看，使用的時(shí)候它是貼著皮膚的)。

　　安裝在頭套里的FISA

　　平時(shí)的時(shí)候是這樣的。

　　這款設(shè)備是加州大學(xué)伯克利分校(UniversityofCalifornia，Berkeley)AliJavey團(tuán)隊(duì)研發(fā)的。整個(gè)研發(fā)過程與設(shè)備的性能刊發(fā)在1月28日《自然》雜志上(1)。這個(gè)設(shè)備叫FISA，是flexibleintegratedsensingarray的簡(jiǎn)寫。

　　FISA由兩部分組成，上圖中左邊透明區(qū)為傳感器區(qū)，分別用于檢測(cè)身體溫度和汗液中的鉀、鈉、乳酸和葡萄糖濃度;右邊為計(jì)算區(qū)域，分布著11個(gè)電路元器件。

　　FISA傳感器上浸滿汗液后的檢測(cè)反應(yīng)

　　當(dāng)皮膚上的汗液接觸到柔軟的傳感器之后，傳感器便將化學(xué)電信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算中心。數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換等處理，輸出給數(shù)據(jù)處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。分析好的數(shù)據(jù)會(huì)通過藍(lán)牙傳遞到手機(jī)，并保存在云端。數(shù)據(jù)在手機(jī)上顯示是這樣的。

　　手機(jī)端的數(shù)據(jù)展現(xiàn)形式

　　如果你湊巧看過《星際迷航》，還記得里面有個(gè)叫“三錄儀”的萬(wàn)能工具，它不僅可以探測(cè)生命信號(hào)、入侵操作者指定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，還可以對(duì)人體進(jìn)行掃描以檢測(cè)病患。有了這個(gè)“三錄儀”的“誤導(dǎo)”，你一定覺得Javey團(tuán)隊(duì)研發(fā)的FISA沒啥大不了的。我覺得這就是科幻作品給人民群眾帶來的負(fù)面影響，科幻作家“不負(fù)責(zé)任”的天馬行空把科技發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)地甩在后面，現(xiàn)實(shí)生活中再很難有什么新事物會(huì)讓我們覺得“amazing”的了，即使從客觀的角度講，它已經(jīng)很“amazing”了。

　　實(shí)際上通過汗液分析人體血液的生化指標(biāo)并不是什么新鮮事物，早在上個(gè)世紀(jì)四十年代就有人在研究了(2)。但是一直以來有兩個(gè)問題困擾著意欲利用汗液檢測(cè)人體生化指標(biāo)研究人員：可穿戴設(shè)備的柔韌性和計(jì)算能力。

　　在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，工程人員一直使用硅基芯片，但是這種芯片與皮膚的結(jié)合度不好，很難取到汗液;當(dāng)換用柔性材料時(shí)，計(jì)算芯片又不具備同時(shí)處理幾組數(shù)據(jù)的計(jì)算能力。因此大部分可穿戴設(shè)備要么記記步，要么測(cè)測(cè)心率之類;即使能測(cè)量生化指標(biāo)，也只是測(cè)量一項(xiàng)，而且不具備校對(duì)功能。

　　Javey團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性的解決了這兩個(gè)難題。他們的解決方案是利用信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(傳感器將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào))、調(diào)節(jié)(信號(hào)放大以及過濾)、處理(信號(hào)校準(zhǔn)和補(bǔ)償)和無(wú)線傳輸技術(shù)，在現(xiàn)存的技術(shù)溝壑之間搭起橋梁。最終，他們實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)柔性設(shè)備上同時(shí)測(cè)量5個(gè)指標(biāo)，而且數(shù)據(jù)之間可以互相校對(duì)。而且，Javey團(tuán)隊(duì)目前正在研發(fā)檢測(cè)其他指標(biāo)的傳感器，希望最終將FISA打造成全能的醫(yī)療設(shè)備。

　　FISA的可貴之處在于可以實(shí)時(shí)無(wú)創(chuàng)分析多項(xiàng)人體血液生化指標(biāo)，而且數(shù)據(jù)可以校準(zhǔn)。尤其是體溫對(duì)汗液中的各種生化指標(biāo)濃度的影響較大，因此需要根據(jù)體溫的變化，對(duì)數(shù)據(jù)做一定的校準(zhǔn)。但是FISA也面臨著一個(gè)難題，處于靜息狀態(tài)的人排汗量極少，F(xiàn)ISA要怎么辦?這是Javey團(tuán)隊(duì)面臨的一個(gè)難題。

　　Javey坦承，盡管FISA具備實(shí)時(shí)無(wú)創(chuàng)多指標(biāo)監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)，但是測(cè)量精度肯定是趕不上有“金標(biāo)準(zhǔn)”之稱的血檢。而且汗液成分的變化也較血液劇烈，要獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，必須需要做大量嚴(yán)格的測(cè)試。Javey認(rèn)為，要把FISA作為商業(yè)化醫(yī)療設(shè)備還需要漫長(zhǎng)的臨床試驗(yàn)和FDA的評(píng)估，但是在這之前完全可以把它當(dāng)做健康監(jiān)視器。如果FISA快速進(jìn)入這條商業(yè)道路，F(xiàn)itbit、Misfit、Jawbone和小米手環(huán)等穿戴設(shè)備將會(huì)受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)(據(jù)我小范圍調(diào)查了解，大家購(gòu)買該設(shè)備的意愿非常強(qiáng)烈)。

　　簡(jiǎn)單的介紹一下AliJavey本人。他就是下圖那個(gè)帥帥的小哥。Javey年輕有為，今年才36歲，早在2009年就被MIT科技評(píng)論評(píng)選為TR35，目前是加州大學(xué)伯克利分校的“杰出教授”(只授予在學(xué)術(shù)界做出了杰出貢獻(xiàn)的少數(shù)頂尖學(xué)者，屬于終身教職)，被認(rèn)為是材料學(xué)界的“一顆璀璨的新星”。

　　帥氣的AliJavey和FISA

　　最后不得不提的是，AliJavey在斯坦福大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間，師從世界著名納米材料研究專家、美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士戴宏杰教授。戴宏杰教授2006年被評(píng)為斯坦福大學(xué)終身教授，是該大學(xué)最年輕的終身教授，2011年入選2000-2010年全球頂尖100位化學(xué)家名人堂榜單，總排名第7，華人排名第一。真可謂“名師出高徒”。

　　戴宏杰教授

　　參考文獻(xiàn)

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　　2.SonnerZ，WilderE，HeikenfeldJ，KastingG，BeyetteF，etal.2015.Themicrofluidicsoftheeccrinesweatgland，includingbiomarkerpartitioning，transport，andbiosensingimplications.Biomicrofluidics9：031301