章鱼启发的可穿戴传感器:有望应用于医疗领域!

在水下时,粘合剂会失去其粘合力;在干燥环境中,粘合剂又太粘,以至于撕下的时候会让人感到疼痛。为了克服这些挑战,方昌玄(Changhyun Pang)、崔长松(Changsoon Choi)以及同事们开发出一种低成本的石墨烯基传感器。该传感器具有类似纱线的基底,该基底采用章鱼般的吸盘吸附到皮肤上。

附着于皮肤的可穿戴电子设备已成为健康传感器技术领域的新兴研究趋势之一。

章鱼启发的可穿戴传感器:有望应用于医疗领域!

可穿戴传感器采用“电离子透入疗法”使身体出汗,然后测量其中的酒精含量,发送至用户的手机。(图片来源: 美国化学学会)

此类可穿戴设备不仅可监测心率、体表温度、血氧水平、运动量及其他生理参数,还能监测与炎症甚至胰岛素有关的重要生理指标。可穿戴设备采集的数据与信息,不仅有助于病人及时了解健康和医疗状况,还能在某些疾病发作之前作出预警,或在疾病发作时让病人得到及时的医疗照顾。

章鱼启发的可穿戴传感器:有望应用于医疗领域!

可穿戴的呼吸监测器(图片来源:Josh Kim / 加州大学欧文分校)

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通过汗液监测人体健康状况的手环(图片来源:加州大学伯克利分校)

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监测并治疗糖尿病的石墨烯腕带(图片来源:Hui Won Yun / 首尔大学)

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监测心率、呼吸、肌肉运动等健康数据的电子皮肤(图片来源:大邱庆北科学技术院)

章鱼启发的可穿戴传感器:有望应用于医疗领域!

监测皮肤深处的动脉血压的超声波贴片(图片来源:Chonghe Wang/《自然生物医学工程》)

但是,长期以来,寻找将可穿戴设备贴合到皮肤上的最佳方法一直是一项挑战。

创新

近日,韩国的一支科研团队报告称,他们受章鱼吸盘启发,开发出一种基于石墨烯、有吸附力的生物传感器。其研究成果发表在《美国化学会应用材料与接口(ACS Applied Materials & Interfaces)》期刊上。

章鱼启发的可穿戴传感器:有望应用于医疗领域!

(图片来源:参考资料【1】)

技术

一个真正有效的可穿戴传感器必须是柔软的,而且可以完全贴合到潮湿和干燥的皮肤上,让用户保持舒适的体验。因此,基底(感知成分所依附的材料)的选择非常关键。机织纱是一种普遍使用的基底,但它有时会与皮肤接触得不完全,特别是在皮肤上毛发浓密的时候。普通的纱线也容易受到潮湿环境的影响。

在水下时,粘合剂会失去其粘合力;在干燥环境中,粘合剂又太粘,以至于撕下的时候会让人感到疼痛。为了克服这些挑战,方昌玄(Changhyun Pang)、崔长松(Changsoon Choi)以及同事们开发出一种低成本的石墨烯基传感器。该传感器具有类似纱线的基底,该基底采用章鱼般的吸盘吸附到皮肤上。

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章鱼(图片来源:维基百科)

研究人员们将氧化石墨烯涂覆到弹性聚氨酯与涤纶织物上,并浸泡在L-抗坏血酸中,以帮助导电,同时保持其强度和弹性。在那里,他们添加了一层石墨烯涂层和PDMS薄膜,以形成从织物到皮肤的导电路径。最终,他们将吸盘般的微型图案蚀刻到薄膜上。

价值

该传感器可以在潮湿和干燥的环境下,大范围地检测压力与运动。研究人员称,该器件也能监测一系列人体活动,包括心电图信号、脉搏和语言模式,因此有望应用于医疗领域。

参考资料

【1】Sungwoo Chun, Wonkyeong Son, Da Wan Kim, Jihyun Lee, Hyeongho Min, Hachul Jung, Dahye Kwon, A-Hee Kim, Young-Jin Kim, Sang Kyoo Lim, Changhyun Pang, Changsoon Choi. Water-Resistant and Skin-Adhesive Wearable Electronics Using Graphene Fabric Sensor with Octopus-Inspired Microsuckers. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019; 11 (18): 16951 DOI: 10.1021/acsami.9b04206

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