一說起可穿戴設(shè)備，我估計首先映入你腦海的大概是AppleWatch、Fitbit、Misfit、Jawbone和小米手環(huán)等。這五樣設(shè)備全球的出貨量應(yīng)該已經(jīng)超過2億只了。

　　EchoLabs推出的原型機

　　但是它們的功能好像一直停留在記步、測心率、測睡眠時間等無關(guān)痛癢的指標(biāo)。難怪EchoLabs在去年5月推出一款可檢測血液中的氧氣、二氧化碳、PH值、碳水化合物和血壓等數(shù)據(jù)的原型機，就被國內(nèi)外的媒體稱之為“重大突破”。盡管它長得“五大三粗”。

　　從可穿戴設(shè)備研發(fā)的進度和億萬群眾的反應(yīng)，不難看出大家都期待能有一款可以實時監(jiān)測身體健康指標(biāo)的穿戴設(shè)備，但是，這種設(shè)備真的很難研發(fā)，稍微有一點兒進步就可以算的上是“重大突破”了。

　　就在前幾天，這個“重大突破”可能是真的出現(xiàn)了。這可不是我說的，這是目前世界上頂級期刊說的。

　　《自然》雜志：可穿戴汗液傳感器為實時分析身體生化指標(biāo)鋪平道路。

　　《科學(xué)》雜志：新型腕帶通過檢測汗液監(jiān)測健康風(fēng)險。

　　不賣關(guān)子，下面直接給大家看原圖。它戴在手腕上是這樣的。

　　戴在手腕上的FISA

　　還可以戴在頭上，是這樣的(當(dāng)然圖中是為了翻給你看看，使用的時候它是貼著皮膚的)。

　　安裝在頭套里的FISA

　　平時的時候是這樣的。

　　這款設(shè)備是加州大學(xué)伯克利分校(UniversityofCalifornia，Berkeley)AliJavey團隊研發(fā)的。整個研發(fā)過程與設(shè)備的性能刊發(fā)在1月28日《自然》雜志上(1)。這個設(shè)備叫FISA，是flexibleintegratedsensingarray的簡寫。

　　FISA由兩部分組成，上圖中左邊透明區(qū)為傳感器區(qū)，分別用于檢測身體溫度和汗液中的鉀、鈉、乳酸和葡萄糖濃度;右邊為計算區(qū)域，分布著11個電路元器件。

　　FISA傳感器上浸滿汗液后的檢測反應(yīng)

　　當(dāng)皮膚上的汗液接觸到柔軟的傳感器之后，傳感器便將化學(xué)電信號傳輸?shù)接嬎阒行?。?shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換等處理，輸出給數(shù)據(jù)處理器對數(shù)據(jù)進行處理分析。分析好的數(shù)據(jù)會通過藍牙傳遞到手機，并保存在云端。數(shù)據(jù)在手機上顯示是這樣的。

　　手機端的數(shù)據(jù)展現(xiàn)形式

　　如果你湊巧看過《星際迷航》，還記得里面有個叫“三錄儀”的萬能工具，它不僅可以探測生命信號、入侵操作者指定的計算機系統(tǒng)，還可以對人體進行掃描以檢測病患。有了這個“三錄儀”的“誤導(dǎo)”，你一定覺得Javey團隊研發(fā)的FISA沒啥大不了的。我覺得這就是科幻作品給人民群眾帶來的負面影響，科幻作家“不負責(zé)任”的天馬行空把科技發(fā)展遠遠地甩在后面，現(xiàn)實生活中再很難有什么新事物會讓我們覺得“amazing”的了，即使從客觀的角度講，它已經(jīng)很“amazing”了。

　　實際上通過汗液分析人體血液的生化指標(biāo)并不是什么新鮮事物，早在上個世紀四十年代就有人在研究了(2)。但是一直以來有兩個問題困擾著意欲利用汗液檢測人體生化指標(biāo)研究人員：可穿戴設(shè)備的柔韌性和計算能力。

　　在過去很長一段時間里，工程人員一直使用硅基芯片，但是這種芯片與皮膚的結(jié)合度不好，很難取到汗液;當(dāng)換用柔性材料時，計算芯片又不具備同時處理幾組數(shù)據(jù)的計算能力。因此大部分可穿戴設(shè)備要么記記步，要么測測心率之類;即使能測量生化指標(biāo)，也只是測量一項，而且不具備校對功能。

　　Javey團隊創(chuàng)造性的解決了這兩個難題。他們的解決方案是利用信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(傳感器將化學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號)、調(diào)節(jié)(信號放大以及過濾)、處理(信號校準和補償)和無線傳輸技術(shù)，在現(xiàn)存的技術(shù)溝壑之間搭起橋梁。最終，他們實現(xiàn)了在一個柔性設(shè)備上同時測量5個指標(biāo)，而且數(shù)據(jù)之間可以互相校對。而且，Javey團隊目前正在研發(fā)檢測其他指標(biāo)的傳感器，希望最終將FISA打造成全能的醫(yī)療設(shè)備。

　　FISA的可貴之處在于可以實時無創(chuàng)分析多項人體血液生化指標(biāo)，而且數(shù)據(jù)可以校準。尤其是體溫對汗液中的各種生化指標(biāo)濃度的影響較大，因此需要根據(jù)體溫的變化，對數(shù)據(jù)做一定的校準。但是FISA也面臨著一個難題，處于靜息狀態(tài)的人排汗量極少，F(xiàn)ISA要怎么辦?這是Javey團隊面臨的一個難題。

　　Javey坦承，盡管FISA具備實時無創(chuàng)多指標(biāo)監(jiān)測的優(yōu)勢，但是測量精度肯定是趕不上有“金標(biāo)準”之稱的血檢。而且汗液成分的變化也較血液劇烈，要獲得精準的數(shù)據(jù)，必須需要做大量嚴格的測試。Javey認為，要把FISA作為商業(yè)化醫(yī)療設(shè)備還需要漫長的臨床試驗和FDA的評估，但是在這之前完全可以把它當(dāng)做健康監(jiān)視器。如果FISA快速進入這條商業(yè)道路，F(xiàn)itbit、Misfit、Jawbone和小米手環(huán)等穿戴設(shè)備將會受到嚴峻的挑戰(zhàn)(據(jù)我小范圍調(diào)查了解，大家購買該設(shè)備的意愿非常強烈)。

　　簡單的介紹一下AliJavey本人。他就是下圖那個帥帥的小哥。Javey年輕有為，今年才36歲，早在2009年就被MIT科技評論評選為TR35，目前是加州大學(xué)伯克利分校的“杰出教授”(只授予在學(xué)術(shù)界做出了杰出貢獻的少數(shù)頂尖學(xué)者，屬于終身教職)，被認為是材料學(xué)界的“一顆璀璨的新星”。

　　帥氣的AliJavey和FISA

　　最后不得不提的是，AliJavey在斯坦福大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間，師從世界著名納米材料研究專家、美國藝術(shù)與科學(xué)院院士戴宏杰教授。戴宏杰教授2006年被評為斯坦福大學(xué)終身教授，是該大學(xué)最年輕的終身教授，2011年入選2000-2010年全球頂尖100位化學(xué)家名人堂榜單，總排名第7，華人排名第一。真可謂“名師出高徒”。

　　戴宏杰教授

　　參考文獻

　　1.GaoW，EmaminejadS，NyeinHYY，ChallaS，ChenK，etal.2016.Fullyintegratedwearablesensorarraysformultiplexedinsituperspirationanalysis.Nature529：509-14

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