世界上最小的可穿戴無電池設備由西北醫學和西北大學麥考密克工程學院的科學家開發，用于測量從紫外線（紫外線）到太陽光譜的可見甚至紅外部分的多種波長的光照。它可以一次記錄多達三個不同的光波長。

該研究報告將于12月5日在Science Translational Medicine上發表該設備的基礎物理學以及該平臺對廣泛臨床應用的擴展。這些基本概念構成了11月推出的消費者設備的基礎，以提醒消費者注意其UVA暴露，使他們能夠采取措施保護他們的皮膚免受陽光傷害。

當太陽能，幾乎堅不可摧的設備安裝在人類研究參與者身上時，這款世界上最小的可穿戴設備記錄了戶外活動中的多種形式的光照，即使在水中也是如此。該裝置在臨床光療室中監測用于牛皮癬和特應性皮炎的治療性UV光以及用于新生兒重癥監護室中具有黃疸的新生兒的藍光光療法。這款世界上最小的可穿戴設備還證明了測量季節性情感障礙的白光暴露的能力。

因此，這款世界上最小的可穿戴設備可以為這些健康狀況提供精確的光療，并且可以分別和準確地監測UVB和UVA暴露給黑色素瘤的高風險人群，黑色素瘤是一種致命的皮膚癌。對于娛樂用戶，傳感器可以幫助警告即將發生的曬傷。

該裝置由John Rogers，路易斯辛普森和Kimberly Querrey材料科學與工程教授，McCormick工程學院生物醫學工程教授和西北大學Feinberg醫學院神經外科教授組成的研究小組設計。

羅杰斯說：“從用戶的角度來看，這款世界上最小的可穿戴設備使用起來并不容易-它始終在線，但從不需要充電。”“它的重量與雨滴相當，直徑小于M&M的直徑和信用卡的厚度。您可以將它安裝在帽子上或將其粘在太陽鏡或手表上。”

這款世界上最小的可穿戴設備也堅固耐用，防水，不需要電池。“沒有開關或接口磨損，它完全密封在一層薄薄的透明塑料中，”羅杰斯說。“它與您的手機進行無線互動。我們認為它會永遠持續下去。”

羅杰斯試圖打破它。他的學生們用沸水和模擬洗衣機灌裝設備。他們還在工作。

西北科學家對該裝置用于測量整個紫外光譜并累積每日總暴露量感到特別興奮。

“對于能夠在自然環境中以個性化水平準確測量和促進安全紫外線照射的技術存在迫切需求，”共同資深作者史蒂夫徐博士說，他是Feinberg皮膚病學講師和西北醫學皮膚科醫生。

“我們希望那些有關紫外線照射信息的人在陽光下會養成更健康的習慣，”徐說。“紫外線無處不在，致癌。皮膚癌是世界上最常見的癌癥類型。現在，人們不知道他們實際獲得了多少紫外線。這種裝置可以幫助你保持對皮膚癌幸存者的認識，可以也讓他們的皮膚科醫生知情。“

科學家說，光波長以不同的方式與皮膚和身體相互作用。

“能夠分開并分別測量不同波長光線的曝光非常重要，”羅杰斯說。“UVB是最短的波長，也是發展癌癥最危險的。與單一UVA光子相比，單光子的UVB光是紅細胞或紅色誘導的1000倍。”

此外，光的生物效應強度根據天氣模式，時間和空間而不斷變化。

“如果你在加勒比海中午在陽光下曬太陽，芝加哥同一天的陽光能量與中午非常不同，”徐說。

皮膚癌在美國已達到流行病的比例。基底細胞癌和皮膚鱗狀細胞癌每年造成540多萬例病例，每年耗資81億美元。在2018年，估計將有178，000例黑色素瘤新病例，造成9，000人死亡。每小時，一個人死于黑色素瘤。

第一次準確的光療劑量

目前，沒有測量患者實際從光療中接收的光量。“我們知道用于光療的燈在其輸出中并不均勻-像這樣的傳感器可以幫助解決皮膚問題區域沒有變得更好，”徐說。醫生不知道黃疸新生兒實際吸收了多少藍光，或者患有季節性情感障礙的患者從燈箱中獲得了多少白光。新設備將首次測量這一點，并允許醫生通過調整患者或光源的位置來優化治療。

科學家說，由于該設備在“始終開啟”模式下運行，因此其測量結果比現有的任何其他光量計都更加精確和準確。電流劑量計僅在設定的時間間隔短暫地采樣光強度，并假設這些測量之間的光強度是恒定的，這不一定是這種情況，尤其是在主動，戶外使用場景中。它們也很笨重，又重又貴。

微型傳感器的工作原理

光通過傳感器中的窗口并撞擊毫米級半導體光電探測器。該裝置產生微小的電流，其大小與光的強度成比例。該電流傳遞到稱為電容器的電子元件，其中捕獲并存儲相關的電荷。嵌入在傳感器中的通信芯片讀取該電容器兩端的電壓，并將結果以數字和無線方式傳遞給用戶的智能手機。同時，它使電容器放電，從而復位器件。

多個檢測器和電容器可分別測量UVB和UVA暴露。該設備與用戶的電話通信以訪問天氣和全球UV索引信息（通過云的光量）。通過組合這些信息，用戶可以推斷他們在陽光直射和陰影之外的時間。如果用戶的手機在太陽下曬太久并且需要躲到陰涼處，他們就可以發出警報。