柔性电子技术在脉搏等生理信号监测领域的应用

人类病变伴随着多种生理指标的变化。除了前几篇中提到的生理信号指标外,血氧,血糖和脉搏也是重要信号。近几年,基于PH、温度和湿度测量的集成,科研人员开发了一种基于汗液的多峰葡萄糖监测设备(如下图所示),该设备可以最大程度地提高感应的准确性。

他们还呈现了具有完全整合的代谢物、电解质和温度传感器的柔性微流体平台。该设备可以同时测量温度和汗液代谢产物(包括乳酸和钠),并且可以无线传输信息。该平台的原理图以及所监视的信号如下图所示。

材料的选择在多功能监控传感器的研发过程中起着重要的作用。科研人员通过整合单壁碳纳米管超薄膜,研发出可以同时监视手腕搏动和肌肉运动的柔性电子皮肤。该传感设备展示了其高性能,出色的灵敏度和非常低的可检测压力极限。

此外,科研人员还制造了一种基于液态金属的压力传感器,该传感器具有出色的压力检测分辨率。通过温度自补偿,该传感器在20°C-50°C的范围内提供了出色的热稳定性。如下图所示,多个嵌入式传感器还演示了对脉搏和各种手势(例如触摸或握持物体)的实时监控。

迄今为止已经报道了用于多功能柔性平台的材料和设备概念。多功能灵活平台提供了光电容积描记图的无线捕获和传输,包括有关血氧,心率和热率变异性的信息,如下图所示。

此外,现已经通过使用环氧-铜-ITO多层电极制造了可穿戴的多作用力触摸传感器阵列,可以通过使用触摸和压力传感器来执行无线无人机控制,如下图所示。

现阶段的技术已经可以将通特殊设计的传感器,集成到可生物吸收的基材上,以产生瞬态电子器件。这些电子设备对医疗植入物和环境监测器具有重要意义,它们被设计为可在环境中部分或完全溶解。这些可植入的生物医学组件在体内、表面内或表面上使用,柔韧性非常重要。一系列体内实验进一步证明,植入小鼠皮下区域的瞬态装置可在三周后完全降解,而不会引起明显的炎症反应。最先进的生物相容性设备使用氧化锌薄膜或单晶硅纳米膜。对于导体,使用金属和金属合金;对于基材,使用聚合物和金属箔。对于使用瞬态电子设备,研究人员集成了诊断和治疗性可拉伸传感器,该传感器可以测量和绘制温度和电生理信号。

近几年,科研人员已经证明了另一种可完全分解和生物相容的半导体聚合物,以及完全可崩解的柔性电路(见下图)。这些多功能传感器被制造在一块薄且可生物吸收的丝绸上,以在生物体内实现短暂的作用。材料布局和机械形式,为可植入生物兼容设备提供了广泛的设计空间和应用场景。

集成含有多传感器的柔性电子设备在人类医疗保健领域越来越重要。协调各种功能组件对于获取稳定和可靠的生理信号非常重要。科研人员通过包括多信息融合和传感器标准化,提高传感器的集成度,提升用于医疗保健监控的柔性电子设备的便利性,可靠性和实用性。

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