皮膚感測器實時監測身體各部位血液含氧量

據麥姆斯諮詢報道，近日，由加州大學伯克利分校（UC Berkeley）工程師開發的新型柔性感測器可以在大面積皮膚、身體組織和器官上繪製血氧含量圖，從而為醫生提供了實時監測傷口癒合情況的新方法。

新型感測器由印刷發光二極體和光電探測器交替組成陣列，可以探測身體任何部位的血氧含量。感測器將紅光和紅外光照射進皮膚內，並探測反射光的比例。（照片由UC Berkeley的Arias研究小組Yasser Khan提供）

「當你聽到血氧計這個詞時，你會想到血氧感測器、又大又硬的指夾式感測器等。」UC Berkeley的電氣工程和計算機科學研究生Yasser Khan說，「我們希望可以擺脫這種狀況，向大家展示血氧計也可以輕薄和靈活。」

本周《美國國家科學院院刊》對該感測器進行了詳細介紹，它由有機電子材料製成，印在可彎曲的塑料上，模塑成身體的輪廓。與指尖血氧計不同，它可以探測出網格中九個點的血氧含量，還可以放置在人體皮膚的任何地方。未來可能還會被用來繪製皮膚移植的氧合作用圖，或透過皮膚來監測移植器官的氧含量，研究人員說。

「所有使用氧氣監測的醫療應用都可以從可穿戴式感測器中獲益。」UC Berkeley電子工程和計算機科學教授Ana Claudia Arias說道，「糖尿病、呼吸系統疾病甚至睡眠呼吸暫停的患者都可以使用該感測器，可以隨時隨地佩戴，以便全天候監測血氧含量。」

現有的血氧計都使用發光二極體（LED）發出紅光和近紅外光，並穿過皮膚，然後探測有多少光到達另一側。紅色、富含氧氣的血液會吸收更多的紅外光，而顏色更深、缺氧的血液則吸收更多的紅光。通過觀察透射光的比例，該感測器就能夠確定血液中的氧氣含量。

這些血氧計僅適用於部分透明的身體部位，如指尖或耳垂，並且只能測量身體單個點的血氧含量。

「身體上較厚的部位，例如前額、手臂和腿，幾乎無法通過可見光或近紅外光，因此，在這些部位測量氧合作用非常具有挑戰性。」Khan說。

由印刷的有機光電探測器（頂部）和有機紅色和紅外LED（底部）組裝而成的類皮膚感測器（照片由UC Berkeley的Arias研究小組Yasser Khan提供）

2014年，Arias和他的研究生團隊研究表明，印刷的有機LED可用來製作輕薄而靈活的血氧計，用於指尖或耳垂部位的測量。從那以後，他們進一步推進工作，開發出了一種利用反射光而不是透射光來測量身體組織氧合作用的方法。結合這兩種技術，他們製造出了新的可穿戴感測器，從而可探測身體任何部位的血氧含量。

這種新型感測器是將紅光、近紅外有機LED和有機光電二極體陣列交替印刷在柔性材料上。該團隊使用此感測器來記錄某個志願者前額的整體血氧含量，隨著他呼吸的空氣中氧氣濃度逐漸降低（類似於海拔上升，氧氣濃度就會變低），發現其血氧含量與那些使用標準指尖血氧計的人是一致的。他們還使用該感測器在綁著血壓袖帶的志願者的前臂上繪製了三乘三網格的血氧含量圖。

「移植手術後，外科醫生想要測量器官所有部位的吸氧情況。」Khan說道，「如果利用感測器，就必須移動它來測量不同部位的氧合作用。使用陣列，就可以馬上知道是否有傷口沒有完全癒合。」

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