一提起可穿戴設(shè)備，我們腦海里會(huì)想起蘋(píng)果手表、谷歌眼鏡以及Fitbit手環(huán)，然而，這些可穿戴設(shè)備體型仍然很大，并且能測(cè)量的人體數(shù)據(jù)比較有限，仍然停留在非?；A(chǔ)的數(shù)據(jù)上，更深入的數(shù)據(jù)，腦電圖、肌電圖、心電圖和汗液都無(wú)法測(cè)量，這就限制了可穿戴設(shè)備在健康醫(yī)療上的應(yīng)用，因此不少人認(rèn)為現(xiàn)在的可穿戴設(shè)備仍然是一個(gè)看起來(lái)很炫酷的「玩具」，中看不中用。

　　對(duì)此，科學(xué)家們想要用一種全新的方式來(lái)定義可穿戴設(shè)備，這種可穿戴是電子學(xué)與生物學(xué)的融合，質(zhì)量非常輕，無(wú)需戴在手上，而是像刺青或者貼畫(huà)一樣直接黏在皮膚上，能夠測(cè)量人體更豐富的數(shù)據(jù)，而這種可穿戴設(shè)備，就是「表皮電子」，也叫「電子紋身」。

　　這個(gè)月，《科學(xué)》雜志上連續(xù)發(fā)表了兩篇有關(guān)「表皮電子」的新突破，一項(xiàng)是11月23日發(fā)表在Science TranslaTIonal Medicine期刊上，能夠在人運(yùn)動(dòng)中測(cè)量人體汗液表皮電子，另外一項(xiàng)是11月16日發(fā)表在Science Advances期刊上，能夠測(cè)量心電圖和肌電圖，還能充當(dāng)「人機(jī)接口」角色的表皮電子。這兩項(xiàng)研究，都在同一個(gè)人指導(dǎo)下完成，那就是國(guó)際知名的柔性電子學(xué)專家約翰·羅杰斯（John Rogers）。

　　約翰·羅杰斯（John Rogers）

　　約翰羅杰斯教授于1995年在麻省理工學(xué)院（MIT）獲得了物理化學(xué)博士學(xué)位，之后曾在Bell實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任凝聚態(tài)物理研究組組長(zhǎng)。從2003年開(kāi)始，羅杰斯教授在伊利諾伊大學(xué)香檳分校擔(dān)任化學(xué)工程系教授至今。并從今年9月份開(kāi)始，擔(dān)任西北大學(xué)生物集成電子中心的教授兼主任。

　　上圖就是羅杰斯教授研發(fā)的能夠在運(yùn)動(dòng)中測(cè)量汗液成分的表皮電子。這個(gè)漂亮的可穿戴設(shè)備非常輕巧，而且很柔軟，采用醫(yī)用級(jí)丙烯酸膠膜，對(duì)皮膚無(wú)刺激性，這種材料能夠讓「貼片」穩(wěn)定、結(jié)實(shí)、無(wú)縫地黏在皮膚上，即使在頭發(fā)覆蓋的頭皮處或在出汗很大的地方也能牢固地黏上。它的功能非常強(qiáng)大，可以根據(jù)使用者運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生汗水里的代謝物和電解質(zhì)，監(jiān)測(cè)到用戶的身體健康情況，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步到智能手機(jī)上。不過(guò)這種硬幣大小的皮膚貼片是一次性使用的，本身無(wú)需充電，有效使用時(shí)間僅為幾個(gè)小時(shí)。

　　儲(chǔ)存器的試劑與汗液作用后會(huì)顏色會(huì)改變

　　這個(gè)皮膚貼片由三個(gè)部分疊加：首先是與皮膚相容的膠粘層可以收集汗水。其次是四個(gè)單獨(dú)的圓形「儲(chǔ)存器」中，每個(gè)「儲(chǔ)存器」中包含了不同的試劑，代表著葡萄糖、氯化物、乳酸鹽和pH指數(shù)，當(dāng)汗液流入這里后便會(huì)和試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后「儲(chǔ)存器」顏色會(huì)相應(yīng)地改變。最后是一個(gè)環(huán)形天線，可以通過(guò)NFC（近距離無(wú)線通訊技術(shù)）傳遞數(shù)據(jù)到智能手機(jī)上。

　　利用智能手機(jī)分析分析汗液成分

　　使用者會(huì)在手機(jī)上安裝一個(gè)相應(yīng)的APP，首先利用智能手機(jī)的照相機(jī)功能進(jìn)行「白平衡」的校準(zhǔn)，確定此時(shí)的光和陰影。校準(zhǔn)后拍攝變色后的「皮膚貼片」，根據(jù)儲(chǔ)存器RBG變化來(lái)確定收集汗液中的葡萄糖、氯化物、乳酸鹽和pH指數(shù)，研究人員稱可以可靠地測(cè)量0.5單位的pH單位，0.2單位的氯化鈉，0.3單位的乳酸，和0.1單位的葡萄糖的濃度，分別對(duì)應(yīng)于在RGB圖像的R通道1%的變化。

　　在實(shí)驗(yàn)中，羅杰斯教授找了21個(gè)健康的志愿者，在胳膊上和后背貼上了這種「皮膚貼片」。其中9個(gè)志愿者在健身房騎單車(chē)，另外12個(gè)志愿者參加在圖森市的戶外長(zhǎng)途自行車(chē)競(jìng)賽。為了對(duì)比結(jié)果，研究者將志愿者的汗液吸在紙墊上，將濕樣本送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。最后的結(jié)果是，無(wú)論是室內(nèi)還是室外的運(yùn)動(dòng)，「皮膚貼片」都能夠工作，而且測(cè)量汗液的結(jié)果和傳統(tǒng)方法是一致的

　　「它似乎真的很實(shí)用」，斯坦福大學(xué)化學(xué)工程教授鮑哲南說(shuō)，她同樣從事新型生物醫(yī)學(xué)材料的研究，但是并沒(méi)有參與本次研究 。通過(guò)簡(jiǎn)單地看一個(gè)顏色變化，「這樣的貼片讓人們了解他們的健康狀況，并且知道運(yùn)動(dòng)是如何改變的?！?/p>

　　一開(kāi)始，羅杰斯教授的目的是想要通過(guò)這個(gè)「皮膚貼片」提醒人們?cè)谶\(yùn)動(dòng)過(guò)中及時(shí)補(bǔ)充電解質(zhì)，防止脫水。但隨著研究進(jìn)一步深入，羅杰斯想象了更復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，如在軍事訓(xùn)練期間對(duì)身體實(shí)時(shí)監(jiān)控，甚至可以篩選患有糖尿病或囊性纖維化的疾病的人。