據(jù)麥姆斯咨詢報道，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員在郵票大小的柔性表面上通過絲網(wǎng)印刷制作了一種柔性傳感器，能夠?qū)⒁粚φ鏌o線立體聲（TWS）耳機變成能夠記錄大腦電活動以及身體乳酸水平的健康監(jiān)測工具。這種傳感器還能夠與耳機通信，然后耳機將捕捉到的數(shù)據(jù)無線發(fā)送到智能手機或筆記本電腦，以便進行數(shù)據(jù)可視化和更詳細的分析。這些信息對于長期健康跟蹤以及識別慢性神經(jīng)疾病非常有意義。

該傳感器由加州大學(xué)圣地亞哥分校的一支多學(xué)科工程師團隊合作開發(fā)，旨在為監(jiān)測大腦活動和汗液水平提供一種更方便的替代方案。值得注意的是，該傳感器可以在用戶的日常活動中使用，包括體育鍛煉。雖然耳內(nèi)監(jiān)測的概念并不新鮮，但將大腦信號和身體信號采集整合在一個單元中還是首次。研究人員認為，由于耳機應(yīng)用非常普遍，因而能夠為更輕松、更方便地收集健康數(shù)據(jù)提供機遇。該研究成果已發(fā)表于2023年10月份的Nature Biomedical Engineering期刊。

這種創(chuàng)新的傳感器可以從腦電圖（EEG）中收集數(shù)據(jù)，還可以測量乳酸（一種在運動過程和典型代謝中產(chǎn)生的有機酸）。這些數(shù)據(jù)具有多種潛在應(yīng)用，例如診斷不同類型的癲癇發(fā)作，或評估體力和壓力水平等。該團隊通過商用腦電圖設(shè)備和含有乳酸的血液樣本測試了其傳感器，發(fā)現(xiàn)其傳感器具有同樣可靠的性能。然而，目前存在一個缺點是，只有當(dāng)用戶出汗時才能收集到有意義的乳酸數(shù)據(jù)，而這通常需要在用戶鍛煉時才能捕捉。未來的研究旨在消除這一限制。

為了實現(xiàn)耳內(nèi)收集腦電圖信號，研究人員不得不設(shè)計更小、更緊湊且適配耳機的電極來收集電生理信號。他們還必須找到一種合適的材料來收集汗液并感測乳酸。在對人類受試者進行初步實驗后，研究人員確定收集并記錄乳酸數(shù)據(jù)的最佳位置是耳屏，這里是汗液積聚的耳朵入口處。該團隊還從過去的經(jīng)驗中獲悉，要收集腦電圖數(shù)據(jù)，需要指向顳葉的高性能生理電極。

研究人員介紹稱：“主要的技術(shù)挑戰(zhàn)不僅是在耳朵里安裝兩個傳感器（耳道是一個因個體而異的狹小空間），而且還需要可靠地捕捉腦電圖和乳酸信號。另外，還必須考慮耳機的集成，減少串?dāng)_。為此，我們設(shè)計了一種類似郵票的可拉伸傳感器，可以很方便地附著在耳機上，并且具有我們需要的所有必要功能，提供了足夠的設(shè)計自由度。”

為了確保電生理傳感器與耳朵牢固接觸，研究人員設(shè)計了一種3D彈簧承載傳感器，可以使傳感器保持接觸，并能隨著耳機的移動進行調(diào)整。另一方面，為了改善汗液收集，研究人員用透明水凝膠膜覆蓋其電化學(xué)傳感器。據(jù)稱，水凝膠像海綿一樣，且具有親水性，它可以充當(dāng)耳朵皮膚和傳感器之間的機械緩沖，還有助于收集汗液。

由于耳朵內(nèi)部空間有限，很難避免兩個傳感器之間的串?dāng)_。研究人員分析了各種材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并驗證了用兩個相隔兩毫米的傳感器同時記錄腦電圖和乳酸信號的可行性。

此外，該團隊重點考量了直接在設(shè)備內(nèi)部進行數(shù)據(jù)處理，最終目標(biāo)是將處理后的數(shù)據(jù)無線發(fā)送到計算機或智能手機。他們還設(shè)想在耳內(nèi)傳感器的功能中添加其它傳感指標(biāo)，如氧飽和度和葡萄糖水平等。長遠來看，研究人員認為這些拓展有助于邁向創(chuàng)新的醫(yī)療診斷方法。例如，未來的耳機、手表和手機等可穿戴設(shè)備，可以全天候無縫跟蹤各種大腦和身體信號，從而增強用戶的整體健康和體能。

加州大學(xué)圣地亞哥分校Shu Chien Gene Lay生物工程系教授Gert Cauwenberghs說：“能夠在不影響用戶舒適度和行動能力的入耳式集成設(shè)備中測量大腦認知活動和身體代謝動態(tài)，這必將為提高所有年齡段人群的健康水平開辟巨大機遇。”

審核編輯：黃飛