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  目前，心血管疾病已經(jīng)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(fā)時間較短，病人大多數(shù)時間都是健康狀態(tài)，常規(guī)心電檢測很難捕獲心血管突發(fā)性的異常，因此很難做到入院監(jiān)護。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術與信息化的不斷進步，發(fā)展基于遠程醫(yī)療的家庭和個人監(jiān)護，降低入院監(jiān)護治療的成本，具有重要的社會意義。在遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)中，能夠起到實時生理監(jiān)測作用的可穿戴式電子設備是將人體健康狀態(tài)可視化的關鍵部分，研發(fā)具有高靈敏度，高穩(wěn)定性，高便捷性與長時效性的實時生理健康監(jiān)測裝置也是推動遠程醫(yī)療發(fā)展的關鍵所在。

  中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)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(jiān)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(fā)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(fā)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(fā)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(tǒng)的帶有支撐結構的摩擦納米發(fā)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(wěn)定性和耐久性。該工作中，巧妙地利用了工業(yè)制造中常見的復合材料間的應力不匹配現(xiàn)象，將其用于形成天然的拱形結構，來替代傳統(tǒng)摩擦納米發(fā)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(wěn)定性與耐久性。這種自成拱結構的形貌可以通過調節(jié)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(jiān)測，所獲取的脈搏信號具有良好的穩(wěn)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(tǒng)的加工制備工藝，為批量化生產(chǎn)生理信號傳感器帶來了可能，有望推動遠程醫(yī)療監(jiān)護的進一步發(fā)展。本文第一作者為中科院北京納米能源與系統(tǒng)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(tǒng)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