基於(yu) 柔性傳(chuan) 感器的智能鞋墊

■本報見習(xi) 記者 刁雯蕙

柔性可穿戴電子傳(chuan) 感器由於(yu) 具有較大的機械靈活性，能夠在一定程度上適應不同的工作環境，滿足人體(ti) 對於(yu) 設備的形變要求，可應用於(yu) 人類生活的許多方麵。智能手表、智能手環、電子皮膚等設備的出現更是讓柔性可穿戴技術受到廣泛關(guan) 注。有分析指出，至2028年，全球柔性電子市場有望達到3010億(yi) 美元。

柔性可穿戴技術在醫學領域的應用價(jia) 值更為(wei) 廣泛，如體(ti) 溫監測儀(yi) 、連續血糖監測設備、心電檢測設備等。其中，用於(yu) 檢測人體(ti) 信息的人體(ti) 傳(chuan) 感器發揮著重要作用。

近日，中國科學院深圳先進技術研究院（以下簡稱深圳先進院）醫工所微創中心研究員王磊團隊成功製備出一種基於(yu) 氧化鋅（ZnO）納米棒結構的新型柔性織物基底壓電壓力傳(chuan) 感器。相關(guan) 成果發表於(yu) 《納米研究》。

研究團隊將纖鋅礦晶體(ti) 結構的ZnO納米棒塗在紗線上，與(yu) PVDF膜結合作為(wei) 織物基底賦予傳(chuan) 感器壓電效應。“實驗證明，傳(chuan) 感器在0~2.5kPa壓力範圍內(nei) 的靈敏度為(wei) 0.62V/kPa，開路電壓高達11.47V左右，具有優(you) 越的機械穩定性和低檢測限（8.71pa）。”王磊表示。

以纖維材料作為(wei) 織物基底的人體(ti) 傳(chuan) 感器，能讓醫學可穿戴設備更具透氣性、透汗性等功能，更加貼合人體(ti) 皮膚。團隊製備的傳(chuan) 感器可用於(yu) 實時監測人體(ti) 各類運動信息，如手腕的彎曲、放鬆運動，和每個(ge) 手指的彎曲、拉伸運動，在監測人體(ti) 健康狀態方麵具有潛在應用價(jia) 值。

人體(ti) 信息的“監察員”

作為(wei) 醫學柔性電子部件，人體(ti) 傳(chuan) 感器就像人體(ti) 信息的“監察員”，具有檢測信息的重要作用。其中包括電生理傳(chuan) 感器、生化傳(chuan) 感器，以及檢測運動信息的人體(ti) 傳(chuan) 感器、仿生傳(chuan) 感器、多參數傳(chuan) 感器等。

不同類型的人體(ti) 傳(chuan) 感器通過感知血壓、心率、呼吸、體(ti) 溫等人體(ti) 內(nei) 的各項功能信息，將其按一定規律轉換為(wei) 電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳(chuan) 輸、處理、存儲(chu) 、顯示、記錄和控製等要求，幫助評估人體(ti) 健康狀態。2008年，深圳先進院組建醫學微係統實驗室，針對醫學柔性電子前沿領域重點與(yu) 難題進行研究。

以檢測人體(ti) 運動信息的傳(chuan) 感器為(wei) 例，其通過檢測人體(ti) 內(nei) 的各項功能指標，幫助評估人體(ti) 健康狀態。“對於(yu) 中風患者，通過檢測人體(ti) 運動信息的人體(ti) 傳(chuan) 感器可以檢測出病人在康複過程中運動機能的變化，通過一係列的指標評判病人的恢複情況。”王磊說。

柔性可穿戴設備在幫助人們(men) 進行健康管理、提升生活質量的同時，也存在著個(ge) 人信息泄露、安全隱患等問題。而人體(ti) 傳(chuan) 感器同樣可能存在數據安全隱患，數據誤差可能造成設備對人體(ti) 健康狀態的誤判。對此，王磊團隊自主設計了一套人體(ti) 通信係統，用於(yu) 保證人體(ti) 傳(chuan) 感器網絡的安全性，提高傳(chuan) 感器收集信息的能效。

緊跟前沿 雙向轉化

當前，隨著柔性電子、仿生材料、AI、5G等技術的發展， 醫學領域的柔性電子設備，如多參數集成汗液傳(chuan) 感器、皮膚柔性可穿戴係統、電磁腦調控及血糖檢測、仿生自調節助力係統等成為(wei) 研究人員關(guan) 注的重點。

深圳先進院團隊利用學科交叉優(you) 勢，在醫學柔性電子領域實行雙向轉化。一方麵，與(yu) 前沿技術相結合，突破核心技術瓶頸；另一方麵尋找臨(lin) 床應用路徑，實現研究成果轉移轉化。

以連續血糖監測設備為(wei) 例。目前，我國糖尿病患者人數超過1.16億(yi) ，位居全球第一，每年直接和間接用於(yu) 糖尿病的花費將近1000億(yi) 元，是當前社會(hui) 麵臨(lin) 的一大重要健康問題。連續血糖監測設備可以連續監測人體(ti) 內(nei) 的血糖水平，幫助患者調控飲食、運動和用藥的規律。然而，國內(nei) 對該研究領域鮮有布局。

在此前的研究中，深圳先進院醫工所微創中心聶澤東(dong) 、王磊團隊基於(yu) 人體(ti) 血糖波動會(hui) 引起人體(ti) 自主神經變化，從(cong) 而影響到心電圖、腦電圖等生理信號的變化，建立可穿戴生理信號與(yu) 血糖波動的關(guan) 聯，實現一種無創的血糖波動檢測，在糖尿病前期篩查、糖尿病人篩查、連續血糖監測、高低血糖預警等領域具有潛在應用價(jia) 值。

下一步，研究團隊將探索基於(yu) 新材料的織物執行器、觸覺傳(chuan) 感器、靜電驅動器等創新微器件，及相應分析方法的臨(lin) 床應用路徑，並分析可穿戴醫療設備和手術機器人產(chan) 品更新換代的核心技術瓶頸。目前，王磊團隊已在手術機器人、呼吸機智能通氣等醫療器械領域與(yu) 相關(guan) 企業(ye) 開展合作。

相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1007/s12274-021-3322-2