個性化的手環：能實時監測紫外線！

導讀

近日，西班牙格拉納達大學與澳大利亞皇家墨爾本理工大學的研究人員開發出了一種個性化、低成本、可穿戴的紫外線感測器。當用戶受到危險的太陽光照射時，它可以提示用戶。

背景

皮膚癌，是全球範圍內最普通的癌症之一，主要是由過度的紫外線（UVR）照射引起的。在西班牙， 每年超過74,000人被診斷為非黑色素瘤皮膚癌，還有4,000人被診斷為黑色素瘤皮膚癌。在澳大利亞等地區，臭氧層的破壞很嚴重，據評估，到70歲時，3個人中差不多有2個會被診斷為皮膚癌。

實時監測紫外線的照射狀況，對於預防皮膚癌和曬傷來說非常關鍵。為此，筆者曾介紹過美國西北大學教授與著名化妝品公司歐萊雅合作開發的超薄、超輕的感測器。它可以佩戴在指甲上，精準地測量人體接受紫外線照射的狀況。

（圖片來源：美國西北大學）

然而，根據生物效應的不同，紫外線可按照波長劃分為四個波段：長波UVA、中波UVB、短波UVC、真空波UVD。波長越長，穿透能力越強。

西班牙格拉納達大學無機化學系研究員 José Manuel Domínguez Vera 強調，市場上現有的其他感測器只能測量紫外線輻射，而無法區分UVA、UVB和UVC。可是，它們中的每一種對人體健康的影響都不同。長時間接觸UVA與皮膚老化以及皺紋相關，而過度接觸UVB會引起曬傷，並增加皮膚癌和眼睛損傷的可能性。

創新

然而，一種新型紙基感測器可以區分UVA、UVB和UVC之間的區別。Domínguez Vera 解釋道：「UVB 與UVC 輻射被臭氧層阻擋。但是臭氧層空洞讓我們暴露在危險的輻射下，所以在這種情況下，這種感測器起到了特別重要的作用。」

近日，西班牙格拉納達大學與澳大利亞皇家墨爾本理工大學的研究人員開發出了這種個性化、低成本、可穿戴的紫外線（UV）感測器，當用戶受到危險的太陽光照射時，它可以提示用戶。

這種紙基感測器，可作為手環佩戴，利用不可見的紫外線感光油墨，在達到日常推薦的紫外線照射量的25%、50%、75%、最終達到100%時，分別點亮不同的臉部表情特徵圖案，例如高興或者悲傷。

（圖片來源：格拉納達大學和皇家墨爾本理工大學）

團隊也創造出了六個不同版本的顏色變化手環，對於特定的膚色來說，其中每一個都是個性化的。這一點很重要，因為膚色更黑的人需要更多的陽光照射以產生維生素D，維生素D對於骨骼、牙齒、肌肉的健康都很重要。

（圖片來源：格拉納達大學和皇家墨爾本理工大學）

9月25日，這項突破性的研究發現發表在著名國際期刊《自然通信（Nature Communications）》上。

技術

紫外線輻射由位置、一天中的時間、汙染水準、天文因素、天氣條件例如雲層等決定，也會由於反射面例如水體、沙子和雪而增強。但是，紫外線對於人類肉眼來說是不可見的（即使多雲的氣象，紫外線也可能很高）。迄今為止，監測紫外線強度的唯一途徑就是採用紫外線指數。氣象預報中會給出標準的紫外線指數，一般分為5個輻射等級：最弱、弱、中、強、很強。

雖然紫外線指數起到了作用，但是這個工具的功能相對受限。例如，它不能明確地指出，你應該在一天中的什麼時間或者多久處於戶外，以獲得必要的維生素D量；或者什麼時間應該遮擋起來，以避免曬傷和皮膚癌風險的增高。

更進一步說，紫外線指數通常基於白皙的皮膚，所以不適合有色人種。更白的人更容易受到紫外線損傷，而那些更黑的人需要在陽光下更長的時間，以吸收健康的維生素D量。從這個方面說，紫外線指數並不是用於測定和監測個人日常推薦的紫外線照射量的精準工具。

研究團隊著手開發低成本、一次性、個性化的感測器，讓佩戴者實時追蹤他們紫外線的接觸量，從而解決傳統的紫外線指數的缺點。他們製造的這種紙基感測器，具有一種特殊油墨，其中含有磷鉬酸（PMA），在紫外線照射下，可以從無色轉化為藍色。他們使用一開始不可見的油墨，在紙張或者其他表面上，畫出臉部表情或者其他圖案。根據油墨接收的紫外線輻射的種類和強度，紙張開始轉化為藍色；越多的紫外線照射，紙張轉化為藍色的速度就越快。

（圖片來源：參考資料【2】）

此外，通過調整油墨成分與感測器設計，團隊可以讓墨水變色的速度更快或更慢，從而製造出為六種不同膚色設計的不同種感測器。

（圖片來源：參考資料【2】）

價值

這種低成本的紙基感測器技術，將不僅可以幫助所有膚色的人種，在吸收足量的維生素D與避免曬傷之間達到最佳的平衡，也將在工農業領域帶來重要的應用。紫外線會影響莊稼生長，以及一系列消費類產品的保存期限。因為紫外線感測器能檢測最小量和最大量的紫外線輻射，對於那些尋求評估紫外線照射對於戶外栽培或保存的產品的長期影響的行業與公司來說，這種新技術的潛力巨大。

關鍵字

感測器、紫外線、可穿戴技術

參考資料

【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