可檢測(cè)血液酒精含量的電子皮膚貼

章江

監(jiān)控酒精消耗

最近，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員開發(fā)的一種傳感器引人注目。它設(shè)計(jì)靈活，可以貼在皮膚上。這種電子皮膚貼能夠通過(guò)汗液對(duì)一個(gè)人血液中的酒精含量進(jìn)行精確的測(cè)量，同時(shí)將數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)焦P記本電腦、智能手機(jī)或其他移動(dòng)設(shè)備上。測(cè)試人員能夠利用該設(shè)備，對(duì)被測(cè)試對(duì)象的血液酒精含量進(jìn)行連續(xù)的、非損傷的和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在參加聚會(huì)或是泡酒吧時(shí)，它可以發(fā)送警報(bào)到本人的手機(jī)，讓自己知道已經(jīng)喝了多少酒。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研制工作的納米工程教授約瑟夫·王和電氣工程教授特里克·默西爾分別是圣地亞哥分校可穿戴傳感器中心的主任和副主任，他們聯(lián)手開發(fā)了可穿戴便攜式酒精傳感器。約瑟夫·王的團(tuán)隊(duì)開發(fā)皮膚貼，皮膚貼上面配有絲網(wǎng)印刷電極和含匹羅卡品的水凝膠貼劑。匹羅卡品是一種通過(guò)皮膚引起出汗的藥物。默西爾的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)研制向皮膚貼供電的柔性電子線路板，使它能夠與移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行無(wú)線通信。他們還開發(fā)了一種磁連接器，能夠?qū)㈦娮与娐钒搴推つw貼以及智能手機(jī)應(yīng)用程序連接在一起。

可穿戴便攜式酒精傳感器實(shí)際上是一個(gè)能夠貼在皮膚上的臨時(shí)文身，通過(guò)汗液的感應(yīng)用電化學(xué)的方法檢測(cè)酒精含量。在磁鐵的作用下，與皮膚貼連接的便攜式柔性電子電路板通過(guò)藍(lán)牙系統(tǒng)向移動(dòng)設(shè)備傳輸信息。該項(xiàng)研究的成果發(fā)表在近期出版的期刊《ACS傳感器》上，引起廣泛的關(guān)注。

皮膚貼的工作過(guò)程如下：首先通過(guò)釋放匹羅卡品，誘導(dǎo)排汗；接著汗水與具有醇氧化酶涂層的電極接觸，醇氧化酶有選擇性地與酒精反應(yīng)生成過(guò)氧化氫，這是電化學(xué)檢測(cè)方法；然后該信息作為電信號(hào)被發(fā)送到電子電路板，數(shù)據(jù)以無(wú)線方式傳送到移動(dòng)設(shè)備。“這個(gè)設(shè)備可以使用藍(lán)牙連接，這是呼吸分析儀無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。”默西爾指出，“我們已經(jīng)找到一種使電子設(shè)備便攜和無(wú)線的方法，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用非常重要。”

在馬路上發(fā)生的交通事故中，很多都是因酒后駕車釀成的。可穿戴電子皮膚貼這項(xiàng)技術(shù)能以準(zhǔn)確、方便和快捷的方式來(lái)監(jiān)控酒精消耗，可以有效地防止人們醉酒駕車。在使用時(shí)，該裝置還能與車內(nèi)的“酒精鎖”（正式名稱是“酒精氣敏點(diǎn)火自鎖裝置”）協(xié)同作用。“酒精鎖”是安裝在汽車的點(diǎn)火裝置內(nèi)以阻止駕車人在酒精濃度超過(guò)安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)啟動(dòng)汽車的裝置，可以用來(lái)防止有酒后駕車記錄的人再次犯錯(cuò)。它需要駕車者在汽車點(diǎn)火前先進(jìn)行吹氣測(cè)試，如果測(cè)試結(jié)果超過(guò)安全水平，才會(huì)被激活。另外，朋友們?cè)趩?dòng)汽車之前可以利用這種傳感器互相檢查。

15分鐘出結(jié)果

研究人員發(fā)現(xiàn)，血液中的酒精濃度是一個(gè)人體內(nèi)酒精水平的最準(zhǔn)確的測(cè)量值，但測(cè)量時(shí)需要刺破手指，很不方便。醉酒呼吸分析儀是最常用的非損傷性的儀器，可以用于測(cè)試血液中所含有酒精濃度，判斷懷疑醉酒者的血液酒精濃度，是否在法律意義上醉酒。然而醉酒呼吸分析儀準(zhǔn)確性不夠，有時(shí)候給出的讀數(shù)是錯(cuò)誤的。如果剛喝完酒就進(jìn)行檢測(cè)，那么呼吸分析儀檢測(cè)到的酒精水平會(huì)比實(shí)際血液酒精濃度更高。在用水漱口之后檢測(cè)，呼吸分析儀同樣會(huì)認(rèn)為喝了酒。

一個(gè)人喝下去的酒精之所以能在呼吸中檢測(cè)出來(lái)，在于酒精經(jīng)過(guò)口腔、咽喉、胃和腸道后會(huì)被血液吸收。酒精被吸收后不會(huì)被消化掉，也不會(huì)在血液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。隨著血液流經(jīng)肺臟，部分酒精會(huì)穿過(guò)肺部氣囊（肺泡）的薄膜排到空氣中，這是因?yàn)榫凭珪?huì)從溶液中揮發(fā)，即具有揮發(fā)性。肺泡空氣中的酒精濃度與血液中的酒精濃度相關(guān)。當(dāng)肺泡空氣中的酒精被呼出時(shí)，即可被呼吸酒精測(cè)試設(shè)備檢測(cè)到。呼吸酒精與血液酒精的比例2100：1。也就是說(shuō)，2100毫升（ml）的肺泡空氣內(nèi)含的酒精的量與1毫升的血液相當(dāng)。這樣不需要抽取血液來(lái)測(cè)試酒精含量，只要當(dāng)場(chǎng)的呼吸，就可以立即知道。

研究表明，血液中的酒精濃度也可以通過(guò)無(wú)顯汗的方式測(cè)量，這時(shí)候皮膚上沒(méi)有明顯的汗液。可是耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，要兩個(gè)小時(shí)后才能出結(jié)果，給出實(shí)際血液中的酒精含量讀數(shù)。另一種方法是測(cè)量在皮膚上看到明顯的汗液情況下的酒精水平，盡管測(cè)量出的血液酒精濃度的實(shí)時(shí)指標(biāo)更好，然而迄今為止這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)不便于攜帶，也不適合穿在身上。

“我們開發(fā)的可穿戴便攜式的酒精傳感器最具創(chuàng)新性，在15分鐘內(nèi)就可以根據(jù)汗液準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)出酒精水平。” 約瑟夫·王教授表示，“這項(xiàng)技術(shù)的最大亮點(diǎn)在于，用戶不必進(jìn)行鍛煉或出汗，可以將其貼在皮膚上，很快就會(huì)知道自己血液中酒精濃度的結(jié)果。”

在一次酒精傳感器測(cè)試中，9名健康志愿者在飲用一瓶啤酒或一杯紅酒酒精飲料前后，都將皮膚貼戴在他們的胳膊上。即使反復(fù)彎曲和震動(dòng)，該裝置也能提供準(zhǔn)確讀數(shù)，反映出佩戴者的血液酒精濃度，表明傳感器不會(huì)受到佩戴者是否運(yùn)動(dòng)的影響。約瑟夫·王和特里克·默西爾領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)下一步計(jì)劃開發(fā)一種新設(shè)備，能夠連續(xù)24小時(shí)監(jiān)測(cè)酒精濃度。

編輯：成韻 chengyunpipi@126.comendprint