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    中科院納米能源所李舟研究員團隊等:一種基于壓電和摩擦電復合效應的柔性自成拱生物傳感器
    2020-06-06  來源:高分子科技

      目前,心血管疾病已經逐漸成為威脅全世界人類健康的最主要因素之一,慢性心血管疾病由于病發時間較短,病人大多數時間都是健康狀態,常規心電檢測很難捕獲心血管突發性的異常,因此很難做到入院監護。隨著物聯網技術與信息化的不斷進步,發展基于遠程醫療的家庭和個人監護,降低入院監護治療的成本,具有重要的社會意義。在遠程醫療監護系統中,能夠起到實時生理監測作用的可穿戴式電子設備是將人體健康狀態可視化的關鍵部分,研發具有高靈敏度,高穩定性,高便捷性與長時效性的實時生理健康監測裝置也是推動遠程醫療發展的關鍵所在。


      中國科學院北京納米能源與系統研究所李舟研究員的科研團隊致力于自驅動遠程實時健康監測的相關研究,在前期系列研究成果的基礎上(Semiconductor Science and Technology, 2017, 32(6): 064004.; Advanced Materials, 2017, 29(40): 1703456.; Journal of Materials Chemistry B, 2020, 8(16): 3647-3654.),近期在該研究方向取得了新進展,開發了一種基于壓電和摩擦電復合效應的柔性自成拱貼片式生物傳感器(SANG),相關成果以“A flexible self-arched biosensor based on combination of piezoelectric and triboelectric effects”為題發表在Applied Materials Today(DOI: 10.1016/j.apmt.2020.100699)上。


    柔性自成拱生物傳感器的結構及制備原理示意圖


      納米發電機可以將機械能轉化為電能,無需外部電源,可作為主動式傳感器,特別適合用于檢測人體的生理信號,如脈搏等。傳統的帶有支撐結構的摩擦納米發電機,大多使用墊片或者彈簧作為支撐結構,這可能會增加器件結構的復雜性與制造難度,影響器件的穩定性和耐久性。該工作中,巧妙地利用了工業制造中常見的復合材料間的應力不匹配現象,將其用于形成天然的拱形結構,來替代傳統摩擦納米發電機中的支撐結構,大大簡化了制備工藝,并一定程度上提高了器件的穩定性與耐久性。這種自成拱結構的形貌可以通過調節兩種高分子材料(聚二甲基硅氧烷PDMS與鉑催化硅橡膠Ecoflex)的質量比來輕松調控,以適配相應的傳感器結構。在與摩擦電單元和壓電單元相結合后,這種復合式的柔性自成拱貼片式生物傳感器SANG被證明可用于人體的脈搏生理信號監測,所獲取的脈搏信號具有良好的穩定性與足夠的強度,可以清晰地分辨出男女脈搏信號間的差異。


      該工作為生理信號傳感器,特別是微機械信號傳感器的制備提供了一種新思路,大大簡化了傳統的加工制備工藝,為批量化生產生理信號傳感器帶來了可能,有望推動遠程醫療監護的進一步發展。本文第一作者為中科院北京納米能源與系統研究所博士生鄒洋和上海電力大學碩士生廖靜文;通訊作者為中科院北京納米能源與系統研究所李舟研究員、上海電力大學鄭莉教授和北京航空航天大學石波璟特聘副研究員


      原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.apmt.2020.100699

      原文下載:A flexible self-arched biosensor based on combination of piezoelectric and triboelectric effects

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