口腔中的柔性鈉感測器：幫助人們監測鹽的攝入量！

導讀

為了幫助人們監測鹽的攝入量，近日美國喬治亞理工學院、弗吉尼亞聯邦大學、匹茲堡大學以及韓國全南大學的科研人員們開發出一種柔韌且可拉伸的無線感知系統，它能舒適地佩戴於口腔中，測量個人食用鈉的量。

背景

你知道你每天吃了多少鹽嗎？或許，很多人都不太清楚。但是科學研究表明，鹽吃得太多，不僅會升高血壓，也會增加心臟併發症的可能性。因此，對於高血壓以及某些其他疾病患者來說，控制鹽的攝入量很有必要。

美國心臟協會（American
Heart
Association）的研究表明，美國人平均每天食用超過3400毫克的鈉，遠遠高於協會所推薦的每天1500毫克的限度。協會調查了一千例成年人，發現「三分之一的人不知道他們吃了多少鈉，而另外54%的人認為他們每天吃的鈉少於2000毫克。」

創新

為了幫助人們監測鹽的攝入量，美國喬治亞理工學院、弗吉尼亞聯邦大學、匹茲堡大學以及韓國全南大學的科研人員們開發出一種柔韌且可拉伸的無線感知系統，它可以舒適地佩戴於口腔中，測量個人食用鈉的量。

5月7日，該設備的相關細節發表於剛出版的《美國國家科學院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences）》雜誌。

（圖片來源：Rob Felt，喬治亞理工學院）

技術

這種感測器基於超薄透氣的彈性膜，結合了一個小型柔性電子系統，它採用藍牙技術，通過無線通信方式將鈉消耗量傳送至智能手機或者平板電腦。目前這個系統有點像矯牙器，而研究人員正計劃將該系統進一步縮小至牙齒的尺寸。

（圖片來源：Rob Felt，喬治亞理工學院）

該設備已通過三個成年的研究參與者展開測試，他們佩戴感測器系統達一周，並食用固體和液體食物，例如蔬菜汁、雞湯和炸土豆片。

這種口腔內的感測器開發的關鍵，就是將生物兼容的超薄元件通過網狀電路相連，從而取代傳統的塑料基和金屬基的電子設備。目前鈉感測器已經可以商用，但是美國喬治亞理工學院伍德拉夫機械工程學院助理教授 Woon-Hong Yeo 與他的合作夥伴開發出的這種柔性微薄膜版本，能與小型混合電路整合到一起。

Yeo 解釋道：「整個感知和電子系統包裝共形地集成到用戶可接受的柔性材料上。這種感測器適合佩戴，它的數據可以傳輸至智能手機或者平板電腦。最終，信息可以發送給醫生或其他醫療專家進行遠程監測。」

柔性設計的開始，是通過計算機建模來優化設備的機械特性，使之可用於柔軟的口腔曲面。研究人員採用該模型設計出真實的納米薄膜電路並選擇元器件。

該設備能實時檢測鈉攝入量並記錄日常數據。通過智能手機或者平板電腦的應用程序，根據用戶食用掉每日鹽分配量的多少，系統會建議用戶按計划進餐。

價值

Yeo 解釋道：「隨著時間的流逝，我們通過無線方式悄悄地測量人類攝入鈉的量。有朝一日，通過實時監測鈉，該設備將幫助到需要限制鈉攝入量並學習改變飲食習慣和膳食的人們。」

Yeo 表示，鈉感知系統將幫助用戶更好地追蹤攝入鹽的量。他說：「我們的設備具有許多不同的目標應用，例如用於膳食管理或者疾病治療時的飲食行為監測。」

未來

該項目的長期目標是製造人工味覺系統，感知甜度、苦度、pH值和鹽度。

對於鈉感測器來說，下一步工作將是進一步的小型化，並針對其他疾病例如高血壓、肥胖或糖尿病的用戶測試該感測器。

研究人員想要除去小型電池，因為它必須每天充電才能維持感測器正常工作。其中一個選項就是通過感應方式為設備供電，採用線圈獲取口腔外部發射器的電力，取代電池和複雜的電路。

關鍵字

感測器、無線通信、鹽、柔性電子

參考資料

【1】http://www.news.gatech.edu/2018/05/07/flexible-wearable-oral-sodium-sensor-could-help-improve-hypertension-control

【2】Yongkuk Lee et al., 「Wireless, Intraoral Hybrid Electronics for
Real-Time Quantification of Sodium Intake Toward Hypertension
Management,」 (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018). http://www.pnas.org/content/early/2018/05/01/1719573115

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