世界上最小的可穿戴设备警告紫外线照射 实现精确的光疗

世界上最小的可穿戴无电池设备由西北医学和西北大学麦考密克工程学院的科学家开发，用于测量从紫外线(紫外线)到太阳光谱的可见甚至红外部分的多种波长的光照。它可以一次记录多达三个不同的光波长。

该研究报告将于12月5日在Science Translational Medicine上发表该设备的基础物理学以及该平台对广泛临床应用的扩展。这些基本概念构成了11月推出的消费者设备的基础，以提醒消费者注意其UVA暴露，使他们能够采取措施保护他们的皮肤免受阳光伤害。

当太阳能，几乎坚不可摧的设备安装在人类研究参与者身上时，它记录了户外活动中的多种形式的光照，即使在水中也是如此。该装置在临床光疗室中监测用于牛皮癣和特应性皮炎的治疗性UV光以及用于新生儿重症监护室中具有黄疸的新生儿的蓝光光疗法。它还证明了测量季节性情感障碍的白光暴露的能力。

因此，它可以为这些健康状况提供精确的光疗，并且可以分别和准确地监测UVB和UVA暴露给黑色素瘤的高风险人群，黑色素瘤是一种致命的皮肤癌。对于娱乐用户，传感器可以帮助警告即将发生的晒伤。

该装置由John Rogers，路易斯辛普森和Kimberly Querrey材料科学与工程教授，McCormick工程学院生物医学工程教授和西北大学Feinberg医学院神经外科教授组成的研究小组设计。

罗杰斯说：“从用户的角度来看，它使用起来并不容易 - 它始终在线，但从不需要充电。” “它的重量与雨滴相当，直径小于M&M的直径和信用卡的厚度。您可以将它安装在帽子上或将其粘在太阳镜或手表上。”

它也坚固耐用，防水，不需要电池。“没有开关或接口磨损，它完全密封在一层薄薄的透明塑料中，”罗杰斯说。“它与您的手机进行无线互动。我们认为它会永远持续下去。”

罗杰斯试图打破它。他的学生们用沸水和模拟洗衣机灌装设备。他们还在工作。

西北科学家对该装置用于测量整个紫外光谱并累积每日总暴露量感到特别兴奋。

“对于能够在自然环境中以个性化水平准确测量和促进安全紫外线照射的技术存在迫切需求，”共同资深作者史蒂夫徐博士说，他是Feinberg皮肤病学讲师和西北医学皮肤科医生。

“我们希望那些有关紫外线照射信息的人在阳光下会养成更健康的习惯，”徐说。“紫外线无处不在，致癌。皮肤癌是世界上最常见的癌症类型。现在，人们不知道他们实际获得了多少紫外线。这种装置可以帮助你保持对皮肤癌幸存者的认识，可以也让他们的皮肤科医生知情。“

科学家说，光波长以不同的方式与皮肤和身体相互作用。

“能够分开并分别测量不同波长光线的曝光非常重要，”罗杰斯说。“UVB是最短的波长，也是发展癌症最危险的。与单一UVA光子相比，单光子的UVB光是红细胞或红色诱导的1000倍。”

此外，光的生物效应强度根据天气模式，时间和空间而不断变化。

“如果你在加勒比海中午在阳光下晒太阳，芝加哥同一天的阳光能量与中午非常不同，”徐说。

皮肤癌在美国已达到流行病的比例。基底细胞癌和皮肤鳞状细胞癌每年造成540多万例病例，每年耗资81亿美元。在2018年，估计将有178,000例黑色素瘤新病例，造成9,000人死亡。每小时，一个人死于黑色素瘤。

第一次准确的光疗剂量

目前，没有测量患者实际从光疗中接收的光量。“我们知道用于光疗的灯在其输出中并不均匀 - 像这样的传感器可以帮助解决皮肤问题区域没有变得更好，”徐说。医生不知道黄疸新生儿实际吸收了多少蓝光，或者患有季节性情感障碍的患者从灯箱中获得了多少白光。新设备将首次测量这一点，并允许医生通过调整患者或光源的位置来优化治疗。

科学家说，由于该设备在“始终开启”模式下运行，因此其测量结果比现有的任何其他光量计都更加精确和准确。电流剂量计仅在设定的时间间隔短暂地采样光强度，并假设这些测量之间的光强度是恒定的，这不一定是这种情况，尤其是在主动，户外使用场景中。它们也很笨重，又重又贵。

微型传感器的工作原理

光通过传感器中的窗口并撞击毫米级半导体光电探测器。该装置产生微小的电流，其大小与光的强度成比例。该电流传递到称为电容器的电子元件，其中捕获并存储相关的电荷。嵌入在传感器中的通信芯片读取该电容器两端的电压，并将结果以数字和无线方式传递给用户的智能手机。同时，它使电容器放电，从而复位器件。

多个检测器和电容器可分别测量UVB和UVA暴露。该设备与用户的电话通信以访问天气和全球UV索引信息(通过云的光量)。通过组合这些信息，用户可以推断他们在阳光直射和阴影之外的时间。如果用户的手机在太阳下晒太久并且需要躲到阴凉处，他们就可以发出警报。