智能手环检测脉搏产品设计：能实时监测紫外线

智能手环检测脉搏产品设计：能实时监测紫外线创新西班牙格拉纳达大学无机化学系研究员 José Manuel Domínguez Vera 强调，市场上现有的其他传感器只能测量紫外线辐射，而无法区分UVA、UVB和UVC。可是，它们中的每一种对人体健康的影响都不同。长时间接触UVA与皮肤老化以及皱纹相关，而过度接触UVB会引起晒伤，并增加皮肤癌和眼睛损伤的可能性。实时监测紫外线的照射状况，对于预防皮肤癌和晒伤来说非常关键。为此，笔者曾介绍过美国西北大学教授与著名化妆品公司欧莱雅合作开发的超薄、超轻的传感器。它可以佩戴在指甲上，精准地测量人体接受紫外线照射的状况。（图片来源：美国西北大学）然而，根据生物效应的不同，紫外线可按照波长划分为四个波段：长波UVA、中波UVB、短波UVC、真空波UVD。波长越长，穿透能力越强。

导读

近日，西班牙格拉纳达大学与澳大利亚皇家墨尔本理工大学的研究人员开发出了一种个性化、低成本、可穿戴的紫外线传感器。当用户受到危险的太阳光照射时，它可以提示用户。

背景

皮肤癌，是全球范围内最普通的癌症之一，主要是由过度的紫外线（UVR）照射引起的。在西班牙， 每年超过74 000人被诊断为非黑色素瘤皮肤癌，还有4 000人被诊断为黑色素瘤皮肤癌。在澳大利亚等地区，臭氧层的破坏很严重，据评估，到70岁时，3个人中差不多有2个会被诊断为皮肤癌。

实时监测紫外线的照射状况，对于预防皮肤癌和晒伤来说非常关键。为此，笔者曾介绍过美国西北大学教授与著名化妆品公司欧莱雅合作开发的超薄、超轻的传感器。它可以佩戴在指甲上，精准地测量人体接受紫外线照射的状况。

（图片来源：美国西北大学）

然而，根据生物效应的不同，紫外线可按照波长划分为四个波段：长波UVA、中波UVB、短波UVC、真空波UVD。波长越长，穿透能力越强。

西班牙格拉纳达大学无机化学系研究员 José Manuel Domínguez Vera 强调，市场上现有的其他传感器只能测量紫外线辐射，而无法区分UVA、UVB和UVC。可是，它们中的每一种对人体健康的影响都不同。长时间接触UVA与皮肤老化以及皱纹相关，而过度接触UVB会引起晒伤，并增加皮肤癌和眼睛损伤的可能性。

创新

然而，一种新型纸基传感器可以区分UVA、UVB和UVC之间的区别。Domínguez Vera 解释道：“UVB 与UVC 辐射被臭氧层阻挡。但是臭氧层空洞让我们暴露在危险的辐射下，所以在这种情况下，这种传感器起到了特别重要的作用。”

近日，西班牙格拉纳达大学与澳大利亚皇家墨尔本理工大学的研究人员开发出了这种个性化、低成本、可穿戴的紫外线（UV）传感器，当用户受到危险的太阳光照射时，它可以提示用户。

这种纸基传感器，可作为手环佩戴，利用不可见的紫外线感光油墨，在达到日常推荐的紫外线照射量的25%、50%、75%、最终达到100%时，分别点亮不同的脸部表情特征图案，例如高兴或者悲伤。

（图片来源：格拉纳达大学和皇家墨尔本理工大学）

团队也创造出了六个不同版本的颜色变化手环，对于特定的肤色来说，其中每一个都是个性化的。这一点很重要，因为肤色更黑的人需要更多的阳光照射以产生维生素D，维生素D对于骨骼、牙齿、肌肉的健康都很重要。

（图片来源：格拉纳达大学和皇家墨尔本理工大学）

9月25日，这项突破性的研究发现发表在著名国际期刊《自然通信（Nature Communications）》上。

技术

紫外线辐射由位置、一天中的时间、污染水平、天文因素、气象条件例如云层等决定，也会由于反射面例如水体、沙子和雪而增强。但是，紫外线对于人类肉眼来说是不可见的（即使多云的天气，紫外线也可能很高）。迄今为止，监测紫外线强度的唯一途径就是采用紫外线指数。天气预报中会给出标准的紫外线指数，一般分为5个辐射等级：最弱、弱、中、强、很强。

虽然紫外线指数起到了作用，但是这个工具的功能相对受限。例如，它不能明确地指出，你应该在一天中的什么时间或者多久处于户外，以获得必要的维生素D量；或者什么时间应该遮挡起来，以避免晒伤和皮肤癌风险的增高。

更进一步说，紫外线指数通常基于白皙的皮肤，所以不适合有色人种。更白的人更容易受到紫外线损伤，而那些更黑的人需要在阳光下更长的时间，以吸收健康的维生素D量。从这个方面说，紫外线指数并不是用于测定和监测个人日常推荐的紫外线照射量的精准工具。

研究团队着手开发低成本、一次性、个性化的传感器，让佩戴者实时追踪他们紫外线的接触量，从而解决传统的紫外线指数的缺点。他们制造的这种纸基传感器，具有一种特殊油墨，其中含有磷钼酸（PMA），在紫外线照射下，可以从无色转化为蓝色。他们使用一开始不可见的油墨，在纸张或者其他表面上，画出脸部表情或者其他图案。根据油墨接收的紫外线辐射的种类和强度，纸张开始转化为蓝色；越多的紫外线照射，纸张转化为蓝色的速度就越快。

（图片来源：参考资料【2】）

此外，通过调整油墨成分与传感器设计，团队可以让墨水变色的速度更快或更慢，从而制造出为六种不同肤色设计的不同种传感器。

（图片来源：参考资料【2】）

价值

这种低成本的纸基传感器技术，将不仅可以帮助所有肤色的人种，在吸收足量的维生素D与避免晒伤之间达到最佳的平衡，也将在工农业领域带来重要的应用。紫外线会影响庄稼生长，以及一系列消费类产品的保质期。因为紫外线传感器能检测最小量和最大量的紫外线辐射，对于那些寻求评估紫外线照射对于户外栽培或保存的产品的长期影响的行业与公司来说，这种新技术的潜力巨大。

关键字

传感器、紫外线、可穿戴技术

参考资料

【1】https://canal.ugr.es/noticia/new-wristband-real-time-tracking-uv-exposure/

【2】Wenyue Zou Ana González Deshetti Jampaiah Rajesh Ramanathan Mohammad Taha Sumeet Walia Sharath Sriram Madhu Bhaskaran José M. Dominguez-Vera Vipul Bansal. Skin color-specific and spectrally-selective naked-eye dosimetry of UVA B and C radiations. Nature Communications 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-06273-3