开发一种模仿感觉神经元的低功耗长期汗液传感器贴片

人体汗液含有化学信息，包括血液代谢物、离子浓度和营养素。使用可穿戴传感器监测这些信息可以实现非侵入性(即，无需血液采样)、实时的健康状况跟踪。例如，了解汗量和离子浓度可以帮助人们在体育活动中保持足够的水和钠水平，并且可以通过识别症状性过度出汗来预防低血糖休克。

由于可穿戴汗液传感器贴片由于实时连续数据无线传输而产生大量冗余数据并消耗大量能量，因此很难实现足够的工作时间以使其使用实用。

自旋电子学中心的Hyunjung Yi博士的研究团队和汉阳大学机械工程系Rhokyun Kwak教授的研究团队开发了一种可穿戴的汗液传感器贴片，通过模仿感觉神经元的高效信息处理方法，可以运行超过24小时。

当人类感觉神经元接收到外部刺激时，它会将信息转化为尖峰信号。外部激励强度与尖峰信号频率成正比。神经元使用的这种基于事件的尖峰信号处理方法能够高效、快速、准确地处理大量复杂的外部刺激数据。如果应用人类感觉神经元使用的这种“基于事件的无线监控”方法，则只有在发生与用户健康指标相关的重要事件时才会传输数据，从而最大限度地减少无线监控器的能耗。

这些研究团队开发了一种无线可穿戴汗液传感器贴片，模仿感觉神经元的“尖峰信号”，并在临床试验中证明了通过基于事件的无线监测显着降低能耗的能力。汗液由贴片构成，在锥形开放的垂直汗液通道顶部放置一个除汗层，可以快速去除通道中的汗液填充物(见上图)。

每个汗液通道内壁都有一对电极，允许将汗液充满通道并被移除的过程转换为电信号。当通道被填充时，电信号会增加，每次汗水被瞬间排出时，电信号都会迅速减少。当重复此过程时，会产生尖峰形式的信号。尖峰信号的频率和幅度携带有关汗液排泄速度和汗液离子成分浓度的可解释信息。

通过反复的填充和排空过程，汗液传感器可以长时间连续运行，并且由于新分泌的汗液不与预先存在的汗液混合，因此传感器可以提供准确的信息。研究团队通过实验证明，这种基于事件的数据传输方式的能耗仅为连续数据传输能耗的0.63%，使研发的可穿戴汗液传感器贴片能够连续运行24小时以上。在实际运动情况下，从各种皮肤表面的汗液中获取的信息已在临床试验中成功获得。

该贴片的开发可实现长期汗液监测，可用于检测急性疾病或其前体，例如夜间低血糖休克和心脏病发作。传感方法有望通过应用于其他类型的皮肤附着传感器和采用新的计算技术来实现更节能和智能的数字健康管理。

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