专访麻省理工青年英雄榜上榜者：汗液传感器发明者

    来自加州大学伯克利分校的高伟博士在今年凭借着他的可穿戴汗液传感器登上了今年的《麻省理工科技评论》年度青年英雄榜。为此，小编对高博士进行了一次专访，以便大家更深入地了解他的发明。  

    高伟博士于2007年本科毕业于华中科技大学机械学院，2009年于于清华大学精密仪器系获得硕士学位，2014年从加州大学圣迭戈分校获得化学工程博士学位。目前在加州大学伯克利分校电子工程系进行博士后研究工作，主要致力于柔性电子、可穿戴设备、生物检测和纳米机器人方面的研究。

    高伟表示，可穿戴设备在未来个性化医疗中有着举足轻重的地位。然而目前已经产业化的可穿戴设备基本上只能检测物理活动和生命特征，可穿戴的化学传感器研发的滞后极大限制了可穿戴设备在健康监测上的广泛应用。

    关于发明可穿戴汗液传感器的初衷，高伟认为在汗液中包含着有关我们身体健康状况的大量信息，可以作为一个理想的无创检测的对象。

    “虽然有一些基于电化学的和光学的汗液传感器最近被报道，大部分的检测需要非常庞大的检测设备或者需要物理的导线连接。”高伟说道,“同时汗液的产生与组成是非常复杂的，为了能够获取更多有用的关于人体生理健康状态的信息，设计一种全集成的可穿戴的设备同时检测汗液里的各种成分非常的有吸引力。”

    由于汗液的产生与组成是非常复杂，为了能够获取更多有用的关于人体生理健康状态的信息，高伟觉得设计一种全集成的可穿戴的设备同时检测汗液里的各种成分非常的有吸引力。

    在这个传感器的基础上，高伟和他的团队提出了全集成的可穿戴汗液检测设备：它可以同时而且精准的检测人们运动中的表皮温度和产生的汗液里的详细的汗液代谢物和电解质信息；检测到的温度信息还能用来校准其他传感器的读数。这种设备在人们日常的生理健康监测和临床医学上都能得到广泛的应用。

    关于高伟的可穿戴汗液传感器的相关性能，小编进行了深入了解。

    供能

    由于整个设备的总功耗很低（包括传感器，信号处理和无线传输）很低。目前传感器使用小型的可充锂电池来供电。

    耐腐蚀

    在高伟的设备上层覆盖有绝缘层（聚一氯对二甲苯（paryleneC）），可以有效地对抗汗水的腐蚀。由于运动出汗是一个动态的过程，新的汗液会冲刷掉旧的汗液，这样就可以防止析出的盐晶体干扰检测。

    此外，高伟的可穿戴汗液传感器中柔性电路部分和传感器部分是可分离的，工作时可以非常方便的通过柔性印刷电路连接器连接。同时，由于柔性塑料上制造的传感器电极部分的成本极低，因此传感器部分可以一次性的使用（即在每一次运动之前安装新的传感器电极）。

    机械稳定

    高伟的传感器电极是制作在不可拉伸的柔性塑料基底上而且被一层吸水膜所覆盖，和皮肤之间并没有直接接触。而这层吸水膜的主要作用是吸收一定量的汗液用来维持稳定的电化学测量。

    因此，尽管吸水膜和皮肤之间可能会有相对滑动，设备本身在运动中会有弯曲形变但是并不会被明显的拉伸。

    另外高伟团队也从实验结果中证实了运动中产生的弯曲形变并不会对传感器的表现带来显着的影响。

    工作温度

    高伟团队的产品能够涵盖正常的运动时皮肤温度范围。

    此外很重要的一点，由于某些化学传感器（比如葡萄糖和乳酸）的输出会受到温度变化的影响，因此高伟的系统里集成了皮肤温度传感器，可以用来实时校准其他传感器的读数。

    汗液挥发的影响

    因为高伟团队的设备制造于基于柔性塑料上，而且正常穿戴的时候是面向皮肤的，因此包围皮肤的设备塑料基底能够大幅度的减小挥发带来的的影响。

    关于汗液检测的发展现状，高伟表示，一些汗液检测已经被广泛应用于临床诊断。比如汗液中氯离子的浓度是诊断囊肿性纤维化（CysticFibrosis）的重要方法。目前越来越多的工作表明汗液蕴含着大量的生理和临床的信息，此外高伟的实验还表明，检测汗液中的钠离子可以用来监测人体的脱水状况。

    关于汗液检测的问题，小编专门请教了上海一家三甲医院检验科的医师们。

    “汗液检测技术成熟后，会在一些慢性疾病的监控以及运动时的部分指标检测中发挥作用。问题的关键在于能否找到汗液中标志物和血液标志物的浓度相关性，”一位医师说道。

    根据医师们的判断，汗液检测可能应用的检测包括糖尿病（即检测血糖）、肾病（尿素和肌酐）、甲状腺（甲状腺激素）、性激素等。

    关于产品的商业化进程，高伟表示他们已经申请了相关专利，也希望能真正把这项技术商业化。

    “我们目前在优化设备，并且进行大量的实时的人体汗液检测实验。我相信数年内可穿戴的汗液传感器能在实时健康监测行业实现商业化应用。”高伟说道。

    高伟认为产品的最终形态可能会是类似于智能手表或者手环的形式，或者也可以封装在防汗带中。