世界上最小的可穿戴設(shè)備警告紫外線照射

世界上最小的可穿戴無電池設(shè)備由西北醫(yī)學(xué)和西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院的科學(xué)家開發(fā)，用于測量從紫外線（紫外線）到太陽光譜的可見甚至紅外部分的多種波長的光照。它可以一次記錄多達(dá)三個(gè)不同的光波長。

該研究報(bào)告將于12月5日在Science Translational Medicine上發(fā)表該設(shè)備的基礎(chǔ)物理學(xué)以及該平臺(tái)對(duì)廣泛臨床應(yīng)用的擴(kuò)展。這些基本概念構(gòu)成了11月推出的消費(fèi)者設(shè)備的基礎(chǔ)，以提醒消費(fèi)者注意其UVA暴露，使他們能夠采取措施保護(hù)他們的皮膚免受陽光傷害。

當(dāng)太陽能，幾乎堅(jiān)不可摧的設(shè)備安裝在人類研究參與者身上時(shí)，這款世界上最小的可穿戴設(shè)備記錄了戶外活動(dòng)中的多種形式的光照，即使在水中也是如此。該裝置在臨床光療室中監(jiān)測用于牛皮癬和特應(yīng)性皮炎的治療性UV光以及用于新生兒重癥監(jiān)護(hù)室中具有黃疸的新生兒的藍(lán)光光療法。這款世界上最小的可穿戴設(shè)備還證明了測量季節(jié)性情感障礙的白光暴露的能力。

因此，這款世界上最小的可穿戴設(shè)備可以為這些健康狀況提供精確的光療，并且可以分別和準(zhǔn)確地監(jiān)測UVB和UVA暴露給黑色素瘤的高風(fēng)險(xiǎn)人群，黑色素瘤是一種致命的皮膚癌。對(duì)于娛樂用戶，傳感器可以幫助警告即將發(fā)生的曬傷。

該裝置由John Rogers，路易斯辛普森和Kimberly Querrey材料科學(xué)與工程教授，McCormick工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程教授和西北大學(xué)Feinberg醫(yī)學(xué)院神經(jīng)外科教授組成的研究小組設(shè)計(jì)。

羅杰斯說：“從用戶的角度來看，這款世界上最小的可穿戴設(shè)備使用起來并不容易-它始終在線，但從不需要充電。”“它的重量與雨滴相當(dāng)，直徑小于M&M的直徑和信用卡的厚度。您可以將它安裝在帽子上或?qū)⑵湔吃谔栫R或手表上?！?/p>

這款世界上最小的可穿戴設(shè)備也堅(jiān)固耐用，防水，不需要電池?！皼]有開關(guān)或接口磨損，它完全密封在一層薄薄的透明塑料中，”羅杰斯說?！八c您的手機(jī)進(jìn)行無線互動(dòng)。我們認(rèn)為它會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)下去?！?/p>

羅杰斯試圖打破它。他的學(xué)生們用沸水和模擬洗衣機(jī)灌裝設(shè)備。他們還在工作。

西北科學(xué)家對(duì)該裝置用于測量整個(gè)紫外光譜并累積每日總暴露量感到特別興奮。

“對(duì)于能夠在自然環(huán)境中以個(gè)性化水平準(zhǔn)確測量和促進(jìn)安全紫外線照射的技術(shù)存在迫切需求，”共同資深作者史蒂夫徐博士說，他是Feinberg皮膚病學(xué)講師和西北醫(yī)學(xué)皮膚科醫(yī)生。

“我們希望那些有關(guān)紫外線照射信息的人在陽光下會(huì)養(yǎng)成更健康的習(xí)慣，”徐說?！白贤饩€無處不在，致癌。皮膚癌是世界上最常見的癌癥類型?，F(xiàn)在，人們不知道他們實(shí)際獲得了多少紫外線。這種裝置可以幫助你保持對(duì)皮膚癌幸存者的認(rèn)識(shí)，可以也讓他們的皮膚科醫(yī)生知情?！?/p>

科學(xué)家說，光波長以不同的方式與皮膚和身體相互作用。

“能夠分開并分別測量不同波長光線的曝光非常重要，”羅杰斯說?！癠VB是最短的波長，也是發(fā)展癌癥最危險(xiǎn)的。與單一UVA光子相比，單光子的UVB光是紅細(xì)胞或紅色誘導(dǎo)的1000倍。”

此外，光的生物效應(yīng)強(qiáng)度根據(jù)天氣模式，時(shí)間和空間而不斷變化。

“如果你在加勒比海中午在陽光下曬太陽，芝加哥同一天的陽光能量與中午非常不同，”徐說。

皮膚癌在美國已達(dá)到流行病的比例?；准?xì)胞癌和皮膚鱗狀細(xì)胞癌每年造成540多萬例病例，每年耗資81億美元。在2018年，估計(jì)將有178，000例黑色素瘤新病例，造成9，000人死亡。每小時(shí)，一個(gè)人死于黑色素瘤。

第一次準(zhǔn)確的光療劑量

目前，沒有測量患者實(shí)際從光療中接收的光量。“我們知道用于光療的燈在其輸出中并不均勻-像這樣的傳感器可以幫助解決皮膚問題區(qū)域沒有變得更好，”徐說。醫(yī)生不知道黃疸新生兒實(shí)際吸收了多少藍(lán)光，或者患有季節(jié)性情感障礙的患者從燈箱中獲得了多少白光。新設(shè)備將首次測量這一點(diǎn)，并允許醫(yī)生通過調(diào)整患者或光源的位置來優(yōu)化治療。

科學(xué)家說，由于該設(shè)備在“始終開啟”模式下運(yùn)行，因此其測量結(jié)果比現(xiàn)有的任何其他光量計(jì)都更加精確和準(zhǔn)確。電流劑量計(jì)僅在設(shè)定的時(shí)間間隔短暫地采樣光強(qiáng)度，并假設(shè)這些測量之間的光強(qiáng)度是恒定的，這不一定是這種情況，尤其是在主動(dòng)，戶外使用場景中。它們也很笨重，又重又貴。

微型傳感器的工作原理

光通過傳感器中的窗口并撞擊毫米級(jí)半導(dǎo)體光電探測器。該裝置產(chǎn)生微小的電流，其大小與光的強(qiáng)度成比例。該電流傳遞到稱為電容器的電子元件，其中捕獲并存儲(chǔ)相關(guān)的電荷。嵌入在傳感器中的通信芯片讀取該電容器兩端的電壓，并將結(jié)果以數(shù)字和無線方式傳遞給用戶的智能手機(jī)。同時(shí)，它使電容器放電，從而復(fù)位器件。

多個(gè)檢測器和電容器可分別測量UVB和UVA暴露。該設(shè)備與用戶的電話通信以訪問天氣和全球UV索引信息（通過云的光量）。通過組合這些信息，用戶可以推斷他們在陽光直射和陰影之外的時(shí)間。如果用戶的手機(jī)在太陽下曬太久并且需要躲到陰涼處，他們就可以發(fā)出警報(bào)。