近日，加州大學(xué)伯克利分校的Ali Javey和Wei Gao, Sam Emaminejad等人在Nature雜志報道了一種基于塑料材質(zhì)和硅集成電路的全集成柔性可穿戴汗液傳感器。這種傳感器不需要依靠外部分析檢測設(shè)備，可直接檢測皮膚溫度和汗液中的皮膚代謝物和電解質(zhì)，實現(xiàn)一次性原位檢測汗液中的多種復(fù)雜成分。（Wei Gao, Sam Emaminejad, Ali Javey et al. Fully integrated wearable sensor arrays for multiplexed in situ perspiration analysis. Nature. 2016, 509. DOI:10.1038/nature16521）
最近，納米人工作室對這項工作的第一作者，加州大學(xué)伯克利分校的高偉博士，進(jìn)行了專門訪問，以下是訪談實錄：
1. 高博士，您好！我們知道可穿戴器件目前越來越多地得到研究和關(guān)注，每年都有許多可穿戴器件的成果被報道。您覺得這項Nature工作主要特色在哪里，可在哪些領(lǐng)域得到應(yīng)用？
高偉： 在過去的數(shù)年里，來自不同科研組的科學(xué)家們在基于汗液的無創(chuàng)健康監(jiān)測上面做出了杰出的貢獻(xiàn)。雖然有很多基于電化學(xué)的和光學(xué)的汗液傳感器最近被報道，大部分的檢測需要非常龐大的檢測設(shè)備或者需要物理的導(dǎo)線連接。同時汗液的產(chǎn)生與組成是非常復(fù)雜的，為了能夠獲取更多有用的關(guān)于人體生理健康狀態(tài)的信息，設(shè)計一種全集成的可穿戴的設(shè)備同時檢測汗液里的各種成分非常的有吸引力。在此基礎(chǔ)上我們提出了FISA (Flexible Integrated Sensor Array)：它可以同時而且精準(zhǔn)的檢測人們運動中的表皮溫度和產(chǎn)生的汗液里的詳細(xì)的汗液代謝物和電解質(zhì)信息；檢測到的溫度信息還能用來校準(zhǔn)其他傳感器的讀數(shù)。FISA在人們?nèi)粘５纳斫】当O(jiān)測和臨床醫(yī)學(xué)上都能得到廣泛的應(yīng)用。
2. 高博士，剛才您提到，這是一種“全集成的可穿戴的設(shè)備”，能不能和大家講解一下“全集成”的整體流程和核心檢測原理？
高偉： FISA可以同時檢測人們的各種室內(nèi)室外運動中的表皮溫度和產(chǎn)生的汗液里的詳細(xì)的汗液代謝物和電解質(zhì)信息。當(dāng)皮膚的汗液接觸到柔軟的傳感器之后， 傳感器會產(chǎn)生不同的化學(xué)電信號：基于催化酶的葡萄糖和乳酸傳感器的電流輸出和對應(yīng)的代謝物的濃度成正比；基于離子選擇電極的鈉離子和鉀離子傳感器的電壓輸出和對應(yīng)的電解質(zhì)濃度的對數(shù)成正比。皮膚溫度傳感器是基于電阻式的，溫度越高電阻越大。 傳感器的電信號經(jīng)過電路放大過濾之后傳輸?shù)轿⒖刂破?。在微控制器處理，校?zhǔn)，補償之后，數(shù)據(jù)會通過藍(lán)牙傳送到手機并保存在云端。
3. 可穿戴器件的一個亟待解決的問題就是續(xù)航的問題，請問FISA需要電能驅(qū)動嗎，續(xù)航時間有多長？
高偉： FISA的傳感器本身并不需要電能驅(qū)動：葡萄糖，乳酸，鈉離子和鉀離子傳感器都是自驅(qū)動的。整個系統(tǒng)的能耗（包括信號處理和無線傳輸）大約是50 mAh， 目前的續(xù)航時間大約是4-5小時。
4. 另外，F(xiàn)ISA的尺寸大小如何，是否方便穿戴？
高偉： FISA整個器件的尺寸是10 cm × 3 cm, 可以很方便的穿戴在人體的手腕，胳膊或者頭部。
5. 現(xiàn)在都講大數(shù)據(jù)，講智能化，可穿戴器件的許多工作也都是基于人體數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析判斷，請問您的團(tuán)隊是否關(guān)注過私人數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)問題？
高偉： 整個人體實驗是按照在加州大學(xué)伯克利分校人體試驗委員會批準(zhǔn)的計劃案進(jìn)行的。我們非常關(guān)注數(shù)據(jù)的隱私問題：在項目的開始，每個受試者都會被編碼；而且我們只記錄與實驗必要的個人信息，這些信息將被加密并且被安全的存儲在密碼保護(hù)的電腦上。
5. 實驗室產(chǎn)品走向市場，并不是一件容易的事情。當(dāng)某個產(chǎn)品或者技術(shù)有很優(yōu)異的性能時，往往也會伴隨一些其他的問題。那么， 高博士，請問FISA在技術(shù)上亟待解決的問題有哪些？是否容易實現(xiàn)大批量生產(chǎn)？
高偉： FISA的制造流程與目前工業(yè)界的微納制造技術(shù)相兼容，非常容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。技術(shù)上，長時間使用時，傳感器的穩(wěn)定性有待繼續(xù)提高。另外各種分析物的水平與人體生理狀態(tài)或者臨床信息的關(guān)聯(lián)也需要進(jìn)一步的研究。
6. 可穿戴器件的研究成果很多時候僅僅是為了發(fā)一篇好文章，停留在概念而已，您覺得FISA多久有望真正商業(yè)化？哪個行業(yè)最有可能首先實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用？估計價格多少？
高偉： 我們申請了相關(guān)專利，也希望能真正把技術(shù)商業(yè)化。我們希望數(shù)年內(nèi)FISA能在可穿戴健康監(jiān)測行業(yè)首先實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。我們估計商業(yè)化后的產(chǎn)品價格將為數(shù)十美元，與目前的市場上的健康追蹤設(shè)備類似。
7. 非常感謝高博士的耐心解答，對可穿戴器件感興趣的讀者肯定會有所收獲。最后，請您給大家講一下可穿戴傳感器件今后發(fā)展趨勢，謝謝！
高偉： 目前的可穿戴設(shè)備絕大部分只能監(jiān)測人們的物理活動，然而為了能得到更多的生理和臨床信息，能實現(xiàn)分子級別檢測的可穿戴生物傳感器將會是今后發(fā)展的重要趨勢。
高偉
現(xiàn)為美國加州大學(xué)伯克利分校博士后，師從professor Ali Javey。
2004年和2007年分別在華中科技大學(xué)和清華大學(xué)獲得學(xué)士和碩士學(xué)位；2014年于美國加州大學(xué)圣地亞哥分校獲得化工博士學(xué)位, 師從professor Joseph Wang。
研究領(lǐng)域主要包括可穿戴設(shè)備，柔性電子，微米納米馬達(dá)，生物納米技術(shù)，生物醫(yī)學(xué)和生化傳感器。2010年至今在Nature, Nature Communications, Journal of the American Chemical Society, Nano Letters, ACS Nano, Advanced Materials, Advanced Functional Materials 等期刊發(fā)表論文54篇(一作21篇)，總引用超過2300次，H-index 27。
近年來的主要榮譽包括：美國化學(xué)協(xié)會無機化學(xué) 青年研究員獎 （ACS Young Investigator Award），兩次“美國材料學(xué)會研究生獎”（MRS Graduate Student Award, 2013年和2014年）；美國化工協(xié)會生物納米技術(shù)研究生獎第一名 (1st place in AICHE Bionanotechnology Graduate Student Award, 2013), 霍華德休斯醫(yī)學(xué)院國際學(xué)生研究生獎（2012 HHMI International Student Research Fellowship），“中國政府優(yōu)秀自費留學(xué)生獎學(xué)金”（2013年），UCSD雅各布獎學(xué)金（Jacobs Fellowship， UCSD）等。
