肿胀、嗡嗡作响和嗡嗡作响的医院房间表明，监测病人的健康状况充其量是一个侵入性和不舒服的过程，最坏的情况是一个危险的过程。 宾夕法尼亚州立大学的研究人员希望改变这种情况，并使生物传感器能够使健康监测变得不那么笨重、更准确、更安全。
计算和数据科学研究所的一个附属机构、多萝西·奎格勒工程教授拉里·程说：关键是要使传感器具有如此的可伸缩性和灵活性，能够很容易地与人体复杂、不断变化的轮廓相结合。 他的实验室在设计能够做到这一点的传感器方面正在取得进展。
如果既节能又可伸缩的生物传感器能够大规模实现，研究人员建议工程师可以追求-在某些情况下，已经在追求-传感器的一系列选择，可以穿在身体上，甚至放置在身体内部。 回报将是更聪明，更有效和更个性化的医疗和改进的健康决策-没有大量庞大，嗡嗡作响的监测设备。
宾州和世界各地的研究人员正在研究的一些想法包括可伸缩纺织品，这些纺织品可以结合生物传感器。 纸基传感器也可能被用于创建智能绷带，可以监测伤口的状态。 临时纹身甚至可以包括用于健康监测的生物传感器。 例如，一个生物传感器支持的纹身可以为糖尿病患者提供他们的葡萄糖水平的即时估计。
研究人员最近发布了他们对柔性和可伸缩生物传感器最新发展的分析。
更多的计算能力
彭州材料研究所的成员程说，能够传输数据的天线是这些生物传感器思想的关键要素。 但它不可能是普通的天线。 人体中的天线将要求它不仅是耐用的，承受身体的极端条件，而且还需要可拉伸，因此它可以适应身体中各种器官和组织的轮廓。
创建这些可伸缩天线需要复杂的计算来建模所有传感器的设计可以采取的不同变化，以确定最佳设计。 他补充说，这意味着设计过程本身需要大量的计算能力。
程说：“当我们研究这些想法时，我们会探索许多不同的模式和设计，但这可以创造更多的参数。” 这可能成为一个问题，因为很难找到正确的设计与所有不同的参数。 这就是为什么我们需要更多的计算能力-这种额外的计算能力可以帮助我们玩不同的参数，并找出每个参数的效果。 然后我们就能找到如何优化它们的方法。”
该团队还希望了解随着设备形状的改变，机械性能和电磁性能如何改变。
他说：“我们需要利用计算资源来设计这种可以伸缩的高效天线，但更重要的是，使用这种可伸缩天线，我们可以做很多事情，因为如果我们想得到这些传感器发送数据的地方，这种天线是你无法绕过的关键要素。”
更多的力量
下一步是寻找给传感器供电的方法。 目前的电池可能太大和刚性，无法为传感器提供动力，可以在人体上或在人体内工作，郑说。 他的实验室正在研究为生物传感器供电的新方法。
虽然我们可能认为我们必须把传感器插入能源，但程说，我们实际上被自然和人为的能源所包围，称为环境能源。
他说：“我们现在的工作重点也是收集环境能量，包括Wi-Fi-3G、4G或5G，甚至微波源。 不管你是否在使用环境能量，它都会一直存在。 即使你睡着了，它也在那里。 如果我们不收获能量，它就会被浪费掉。”
研究人员的设计要求一种可伸缩的整流天线，即可将电磁能量转化为直流电。 程说，这可能是能够为设备供电，或充电电池作为电源。
由于该装置能够获得更广泛的可用能量，最初的结果表明，研究人员的设计比现有的模型要好10到100倍..
郑恩赐说：「如果我们只在一个频率上获取能量，它当然会尽量减少我们所能使用的能量，但通过在设备周围的宽带上获取能量，就会提高效率。」
未来方向：弹出式和器官
在未来，程说他的团队将继续研究生物传感器，但他们也在研究生物传感器与器官的潜在整合，这些器官是人类培养的、器官特异性的组织，旨在模仿自然器官的功能。 程说，器官可以用于医学检测。
他说：“动物试验在医学研究中经常被使用，但是器官测试会给我们一个更有道德的选择。”
程补充说，设计可以假定三维形状的材料是该小组未来研究探索的另一个领域。 这些“弹出”设计可以插入到目标区域作为一个平坦的表面，但然后变形成三维形状。 这些技术可用于卫生和医疗等领域的未来应用。