改進(jìn)的方法有助于監(jiān)測身體運動和健康

從像脈搏一樣微小的廣泛的身體運動到關(guān)節(jié)、肌肉和四肢的各種運動，直接放置在皮膚上的可穿戴壓力傳感器可以以多種方式用于監(jiān)測健康狀況。其他類型的皮膚傳感器可以通過測量皮膚表面的汗液和溫度來監(jiān)測健康指標(biāo)。

這些功能轉(zhuǎn)化為有用的醫(yī)療應(yīng)用，例如監(jiān)測帕金森病等運動控制疾病、評估運動員的運動，或者通過測量皮膚水分來監(jiān)測身體甚至情緒參數(shù)。改變游戲規(guī)則的皮膚感應(yīng)設(shè)備的其他例子包括用于監(jiān)測自閉癥兒童(情緒表達(dá)有困難)的壓力水平的皮膚傳感器和可以幫助中風(fēng)后患者恢復(fù)運動技能的觸覺傳感器。

用于壓力傳感應(yīng)用的皮膚傳感可穿戴設(shè)備必須具有電子傳感器，以定位和檢測通過與人體皮膚接觸而獲得的各種壓力變化。他們還必須能夠使用導(dǎo)電材料將這些壓力變化轉(zhuǎn)化為可檢測的信號。

傳感器通常由放置在皮膚上的彈性基底層組成，并隨著身體運動的壓力變化而移動。這些變化被轉(zhuǎn)換成信號，可以被放置在與基板緊密接觸的導(dǎo)電材料層檢測到。

在可用的不同類型的壓力傳感器中，壓阻式傳感器 (PS) 是常用的。這些導(dǎo)電材料傳感器利用拉伸時電阻的變化來測量壓力變化。

為了最大限度地提高這些傳感器的靈敏度范圍，之前已經(jīng)加入了各種微結(jié)構(gòu);然而，這些通常涉及復(fù)雜的制造程序和昂貴的導(dǎo)電材料。銅納米線是一種低成本的選擇，并表現(xiàn)出卓越的電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)特性。然而，它們在環(huán)境條件下會受到腐蝕損壞。

寺崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所 (TIBI) 的一個合作團隊設(shè)計了一種簡單、可擴展的 PS 制造方法，該方法解決了銅納米線的耐用性問題，同時還滿足了壓力傳感器的廣泛靈敏度要求。

該團隊首先開發(fā)了一種基于溶液的方法，用氧化石墨烯 (GO) 涂覆銅納米線;驗證測試證實，該方法在納米線上形成了均勻、牢固結(jié)合的 GO 層，有效地保護(hù)它們免受腐蝕，同時又不犧牲其導(dǎo)電性能。此外，該方法允許通過調(diào)整反應(yīng)時間或添加的 GO 量來改變 GO 涂層厚度。

該團隊接下來考慮了傳感器基板的微觀結(jié)構(gòu)，以最大限度地提高其靈敏度范圍。他們在人體皮膚的真皮-表皮界面觀察了稱為默克爾圓盤的壓力感受器的結(jié)構(gòu);這些壓力感受器在觸摸靈敏度方面發(fā)揮著重要作用。他們注意到該層的紋理表面，帶有孔洞、相互連接的脊和隨機粗糙度，類似于砂紙的表面。

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