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《自然》和《科学》助阵 FISA要重燃可穿戴雄风

2017-03-22 21:44:36

1说起可穿着装备，我估计首先映入你脑海的大概是AppleWatch、Fitbit、Misfit、Jawbone和小米手环等。这5样装备全球的出货量应当已超过2亿只了。

EchoLabs推出的原型机

但是它们的功能好像1直停留在记步、测心率、测睡眠时间等无关痛痒的指标。难怪EchoLabs在去年5月推出1款可检测血液中的氧气、2氧化碳、PH值、碳水化合物和血压等数据的原型机，就被国内外的媒体称之为“重大突破”。虽然它长得“5大3粗”。

从可穿着装备研发的进度和亿万大众的反应，不难看出大家都期待能有1款可以实时监测身体健康指标的穿着装备，但是，这类装备真的很难研发，略微有1点儿进步就能够算的上是“重大突破”了。

就在头几天，这个“重大突破”多是真的出现了。这可不是我说的，这是目前世界上顶级期刊说的。

《自然》杂志：可穿着汗液传感器为实时分析身体生化指标铺平道路。

《科学》杂志：新型腕带通过检测汗液监测健康风险。

不卖关子，下面直接给大家看原图。它戴在手段上是这样的。

戴在手段上的FISA

还可以戴在头上，是这样的(固然图中是为了翻给你看看，使用的时候它是贴着皮肤的)。

安装在头套里的FISA

平时的时候是这样的。

这款装备是加州大学伯克利分校(UniversityofCalifornia，Berkeley)AliJavey团队研发的。全部研发进程与装备的性能刊发在1月28日《自然》杂志上(1)。这个装备叫FISA，是flexibleintegratedsensingarray的简写。

FISA由两部份组成，上图中左侧透明区为传感器区，分别用于检测身体温度和汗液中的钾、钠、乳酸和葡萄糖浓度;右侧为计算区域，散布着11个电路元器件。

FISA传感器上浸满汗液后的检测反应

当皮肤上的汗液接触到柔软的传感器以后，传感器便将化学电信号传输到计算中心。数据经过转换等处理，输出给数据处理器对数据进行处理分析。分析好的数据会通过蓝牙传递得手机，并保存在云端。数据在手机上显示是这样的。

手机真个数据展现情势

如果你恰巧看过《星际迷航》，还记得里面有个叫“3录仪”的万能工具，它不但可以探测生命信号、入侵操作者指定的计算机系统，还可以对人体进行扫描以检测病患。有了这个“3录仪”的“误导”，你1定觉得Javey团队研发的FISA没啥大不了的。我觉得这就是科幻作品给人民大众带来的负面影响，科幻作家“不负责任”的天马行空把科技发展远远地甩在后面，现实生活中再很难有甚么新事物会让我们觉得“amazing”的了，即便从客观的角度讲，它已很“amazing”了。

实际上通过汗液分析人体血液的生化指标其实不是甚么新鲜事物，早在上个世纪410年代就有人在研究了(2)。但是1直以来有两个问题困扰着意欲利用汗液检测人体生化指标研究人员：可穿着装备的柔韧性和计算能力。

在过去很长1段时间里，工程人员1直使用硅基芯片，但是这类芯片与皮肤的结合度不好，很难取到汗液;当换用柔性材料时，计算芯片又不具有同时处理几组数据的计算能力。因此大部份可穿着装备要末记记步，要末测测心率之类;即便能丈量生化指标，也只是丈量1项，而且不具有校订功能。

Javey团队创造性的解决了这两个困难。他们的解决方案是利用信号转导(传感器将化学信号转换为电信号)、调理(信号放大和过滤)、处理(信号校准和补偿)和无线传输技术，在现存的技术沟壑之间搭起桥梁。终究，他们实现了在1个柔性装备上同时丈量5个指标，而且数据之间可以相互校订。而且，Javey团队目前正在研发检测其他指标的传感器，希望终究将FISA打造玉成能的医疗装备。

FISA的宝贵的地方在于可以实时无创分析多项人体血液生化指标，而且数据可以校准。特别是体温对汗液中的各种生化指标浓度的影响较大，因此需要根据体温的变化，对数据做1定的校准。但是FISA也面临着1个困难，处于静息状态的人排汗量极少，FISA要怎样办?这是Javey团队面临的1个困难。

Javey坦承，虽然FISA具有实时无创多指标监测的优势，但是丈量精度肯定是赶不上有“金标准”之称的血检。而且汗液成份的变化也较血液剧烈，要取得精准的数据，必须需要做大量严格的测试。Javey认为，要把FISA作为商业化医疗装备还需要漫长的临床实验和FDA的评估，但是在这之前完全可以把它当作健康监视器。如果FISA快速进入这条商业道路，Fitbit、Misfit、Jawbone和小米手环等穿着装备将会遭到严峻的挑战(据我小范围调查了解，大家购买该装备的意愿非常强烈)。

简单的介绍1下AliJavey本人。他就是下图那个帅帅的小哥。Javey年轻有为，今年才36岁，早在2009年就被MIT科技评论评选为TR35，目前是加州大学伯克利分校的“杰出教授”(只授与在学术界做出了杰出贡献的少数顶尖学者，属于毕生教职)，被认为是材料学界的“1颗璀璨的新星”。

帅气的AliJavey和FISA

最后不能不提的是，AliJavey在斯坦福大学攻读博士学位期间，师从世界著名纳米材料研究专家、美国艺术与科学院院士戴宏杰教授。戴宏杰教授2006年被评为斯坦福大学毕生教授，是该大学最年轻的毕生教授，2011年入选2000⑵010年全球顶尖100位化学家名人堂榜单，总排名第7，华人排名第1。真可谓“名师出高徒”。

戴宏杰教授

参考文献

1.GaoW，EmaminejadS，NyeinHYY，ChallaS，ChenK，etal.2016.Fullyintegratedwearablesensorarraysformultiplexedinsituperspirationanalysis.Nature529：509⑴4

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

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