電化學(xué)可穿戴式設(shè)備隨時監(jiān)測你的健康

文／韓冬雪

《自然》雜志近日發(fā)表了一篇電子學(xué)論文，報道了一種極其富有彈性的可穿戴顯示器，具有很好的明亮度和機(jī)械穩(wěn)定性?？蒲腥藛T認(rèn)為，這一設(shè)計將成為實現(xiàn)高性能可拉伸顯示器和電子皮膚的重要標(biāo)志。智能穿戴產(chǎn)品及檢測設(shè)備或?qū)⒂瓉碣|(zhì)的發(fā)展。

近年來，網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字技術(shù)快速發(fā)展，各類便攜式智能檢測設(shè)備、可穿戴式電子產(chǎn)品，已全面融入到公眾日常生活的方方面面，特別是嵌入式電子技術(shù)的發(fā)展和分布式檢測需求全面提速，進(jìn)而推動電化學(xué)分析儀器向著微型化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

隨著技術(shù)不斷迭代，部分便攜式的電化學(xué)分析儀器采用了嵌入式操作系統(tǒng)，本身即帶有用戶接口，無需與計算機(jī)連接即可實現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)存儲等功能。智能化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與電化學(xué)傳感器的結(jié)合，為電分析技術(shù)的應(yīng)用提供了新的平臺，不僅在水質(zhì)、大氣、工業(yè)過程監(jiān)測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用場景，在與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的健康監(jiān)控領(lǐng)域也具有十分廣闊的市場。

具備無線網(wǎng)絡(luò)且微型化和集成度很高的電化學(xué)可穿戴式設(shè)備，是物聯(lián)網(wǎng)時代人們健康監(jiān)測傳感器的最佳選擇。產(chǎn)業(yè)界關(guān)于微型電化學(xué)傳感的研究已經(jīng)不再滿足于微電極、叉指電極、陣列電極等技術(shù)，幾年前印刷電極就開始在穿戴設(shè)備上做嘗試，而基于印刷電極和柔性電極的電化學(xué)傳感器已經(jīng)開始應(yīng)用于皮膚上的汗液分析。

雖然跟電子皮膚還不能同日而語，但近些年貼于皮膚上的電化學(xué)傳感器顯然在高集成化和耐折疊方向發(fā)展迅猛。這種電化學(xué)傳感多利用人體的汗液，結(jié)合電分析的基本技術(shù)進(jìn)行汗液分析，實現(xiàn)了體溫監(jiān)控以及汗液中葡萄糖、乳酸、鈉、鉀等化學(xué)物質(zhì)的實時檢測。這些檢測結(jié)果通過藍(lán)牙、WIFI等網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，無線傳輸?shù)绞謾C(jī)等接收終端中進(jìn)行分析處理，以監(jiān)控佩戴者的運(yùn)動狀態(tài)和健康情況。

谷歌公司就提出使用隱形眼鏡來測量淚液中血糖的概念，以減輕糖尿病人經(jīng)常使用刺破的方式測試血糖的困擾。雖然這一理念在電池、功耗、芯片大小等技術(shù)上都有待解決，產(chǎn)品也還處于概念階段，畢竟不論是芯片、電池、傳感器，只要能做到和隱形眼鏡融合，就會是可穿戴產(chǎn)業(yè)的一次技術(shù)革命。

可穿戴式電化學(xué)分析設(shè)備在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用發(fā)展最為迅速，對心臟病人、帕金森綜合征病人的24小時監(jiān)測基本上離不開電化學(xué)分析設(shè)備。

在生活方面，由半導(dǎo)體或聚合物敏感膜構(gòu)成的“電子鼻”，充分應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，能夠從混合物中測出一些香料或者酒精成分。在蔬菜和水果的農(nóng)產(chǎn)品檢測中，這種“電子鼻”已經(jīng)可以幫助人們判斷表面新鮮的水果蔬菜是否快要腐爛了。

電化學(xué)分析技術(shù)和電化學(xué)儀器已走過了百年歷程，這一技術(shù)最初是在物理化學(xué)范疇內(nèi)進(jìn)行深入的理論探討后，逐漸發(fā)展為實用的檢測技術(shù)和傳感器。在當(dāng)前AI、大數(shù)據(jù)等“黑科技”的賦能下，這一技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展無疑還有更多的可能，需要產(chǎn)業(yè)界不斷的思考和探索。