智能皮肤传感器实现持续精准监测，助力感染早期预警
智能皮肤传感器实现持续精准监测，助力感染早期预警
麦姆斯咨询近日报道，由罗维拉-威尔吉利大学（Universitat Rovira i Virgili，URV）主导的国际研究团队推出了一款创新性的医疗传感器设备。该设备是一种可贴合于皮肤表面的智能传感器，能够实现无电池、无外部电源的自主运行，用于持续监测皮肤温度，从而实时追踪感染与炎症的发生。相关研究成果以“Touch Empowerment: Self-Sustaining e-Tattoo Thermoelectric System for Temperature Mapping”为题发表于《Advanced Science》期刊。
这款智能皮肤传感器利用热电原理，无需依赖传统电源即可响应皮肤表面的温度差异。其设计灵感来源于热电偶网络，能精准捕捉微小的热信号变化，从而识别局部炎症或感染区域。
该技术是欧洲多个国家联合科研项目的一部分，波尔图大学的研究人员在能量回收系统方面提供了重要支持。研究初衷是提升医疗与工业传感器的自主运行能力。罗维拉-威尔吉利大学电子、电气与自动化工程系研究员Eduard Llobet表示：“我们的目标是摆脱对电池的依赖，开发出一种能够贴合皮肤或其他曲面的柔性传感装置。”
温度：感染早期检测的重要生物标志
皮肤温度是判断伤口感染或炎症早期阶段的关键生理参数。微小的温度上升往往预示着病灶的存在。传统检测方法如红外成像或点式红外探头存在限制，通常要求受检者保持固定姿势。
这项新技术在诊断能力方面迈出了重要一步。通过构建由半导体材料构成的热电网络，该传感器可对温度波动做出高精度响应。Eduard Llobet进一步解释称：“这相当于生成一幅皮肤热图，图像上的热点直接指向潜在的感染区域。”
研究人员通过数值模拟与人体实验对传感器进行了全面测试，甚至模拟了出汗环境下的使用情况。结果显示，该设备能够在3秒内对0.4°C的温度变化作出反应，具备极高的灵敏度和响应速度，能够及时捕捉感染信号。
该研究提出了一个创新的热电配置方案，用于检测皮肤表面的温度梯度。该配置由垂直交叉排列的p型和n型热电条带构成，形成多个独立的热敏点。当温度波动沿条带分布时，会改变整体电势，从而确定异常区域位置。通过信号分析，还能有效区分外部触摸与感染事件。
可持续材料与柔性结构实现穿戴舒适
智能皮肤传感器采用柔性热电材料，并结合导电聚合物，采用类似于纺织印花的技术在柔性基材上印制而成。这种制造工艺使得传感器能够贴合人体曲线，舒适贴附于皮肤表面。
在耐用性方面，研究团队进行了数百次弯曲测试，验证其在频繁形变下的稳定性。罗维拉-威尔吉利大学机械工程系系主任Silvia de la Flor指出：“测试结果表明，即使经历多次形变，该传感器仍能保持其热电性能和结构完整性。”
可视化热图提升临床可用性
该传感器提供的数据以彩色温度梯度图的形式呈现，便于医护人员快速识别问题区域。这种直观的图像形式不需要专业培训，有助于加快临床决策流程。
（a）展示了传感器的制造与贴合流程；（b）显示了验证其稳定性的机械变形测试；（c）呈现了在局部施加温度梯度后获得的热电信号与热图像。
在实际应用中，该传感器可连续佩戴数天，更换周期与现有可穿戴设备相当。Silvia de la Flor表示：“我们希望这种智能皮肤传感器未来能够像普通可穿戴设备一样广泛使用，不会影响佩戴者的舒适度。”
这项技术的突破为个性化医疗提供了新方向。除用于术后感染监测与压疮预防外，还可应用于炎症监测、智能医疗包等场景。
研究团队目前已启动新项目，探索将生物传感器集成进该平台，以实现对溶解气体、特定生物标志物等更多生理参数的测量。研究成员表示：“我们将持续优化该技术，增强其在临床环境中的适应性和多功能性。”
相关论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202403775
延伸阅读：
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