可穿戴軟壓力傳感器實(shí)時健康監(jiān)測

 由機(jī)械工程系Park Inkyu教授領(lǐng)導(dǎo)的KAIST研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種用于健康監(jiān)測的高靈敏度可穿戴壓力傳感器。這項(xiàng)工作在11月21日的《先進(jìn)醫(yī)療材料》雜志上被報道為封面文章。該技術(shù)能夠靈敏、準(zhǔn)確、連續(xù)地測量生理和物理信號，在健康監(jiān)測和疾病早期診斷方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

軟壓力傳感器在包括軟機(jī)器人、電子皮膚和可穿戴電子等多個領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注?？纱┐鬈泬毫鞲衅髟趯?shí)時健康監(jiān)測和疾病早期診斷方面具有巨大的潛力。軟壓力傳感器需要具有高合規(guī)性、高靈敏度、低成本、長期性能穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性，才能用于持續(xù)的健康監(jiān)測。使用碳納米管和石墨烯等功能材料的傳統(tǒng)固態(tài)軟壓力傳感器具有良好的傳感性能。然而，由于可拉伸基板和功能材料之間的距離，這些傳感器的可拉伸性有限，信號漂移和長期不穩(wěn)定。

為了克服這些問題，液態(tài)金屬的液態(tài)電子學(xué)被引入到各種可穿戴應(yīng)用中。在這些材料中，鎵、銦和錫的共晶合金Galinstan具有良好的機(jī)電性能，可用于穿戴應(yīng)用。但如今的液態(tài)金屬壓力傳感器具有較低的壓力敏感性，這限制了它們在健康監(jiān)測設(shè)備中的適用性。

首先，研究團(tuán)隊(duì)展示了一種可穿戴的腕帶設(shè)備，可以在運(yùn)動過程中持續(xù)監(jiān)測脈搏，并可用于基于PTT計(jì)算的無袖BP無創(chuàng)監(jiān)測系統(tǒng)。然后，他們引入了一個無線穿戴式鞋跟壓力監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)將三個3d光點(diǎn)與一個無線通信模塊集成在一起。研究小組開發(fā)了一種3d打印的剛性微凸陣列集成的、基于液態(tài)金屬的軟壓力傳感器。在3d打印技術(shù)的幫助下，剛性微凸陣列與液態(tài)金屬微通道主模的集成可以同時實(shí)現(xiàn)，降低了制造過程的復(fù)雜性。通過剛性微凸和微通道的集成，與以前報道的基于液態(tài)金屬的壓力傳感器相比，新的壓力傳感器具有極低的檢測限和增強(qiáng)的壓力靈敏度。

該傳感器還具有可忽略的信號漂移超過10,000周期的壓力，彎曲和拉伸，并在各種環(huán)境條件下表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。這些性能結(jié)果使它成為各種健康監(jiān)測設(shè)備的優(yōu)秀傳感器。帕克教授說:“我們提出的軟壓力傳感器可以連續(xù)測量健康指標(biāo)，包括脈搏和血壓，以及身體部位的壓力。”我們希望在不久的將來，它能應(yīng)用于醫(yī)療保健領(lǐng)域，如預(yù)防和監(jiān)測壓力引起的疾病，如壓瘡。未來將有更多的研究機(jī)會，包括與其他身體參數(shù)相關(guān)的全身壓力監(jiān)測系統(tǒng)。”