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  近年來(lái)，通過(guò)監(jiān)測(cè)生理信號(hào)用于便攜式、可穿戴、長(zhǎng)期醫(yī)療保健和遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷的智能電子傳感技術(shù)受到越來(lái)越多的關(guān)注。其中，表皮脈搏作為一種重要的身體信號(hào)，可以很好地用于醫(yī)療或自我調(diào)節(jié)。在用于脈搏檢測(cè)的各種壓力傳感器中，基于紡織材料的柔性壓力傳感器取得了很大的進(jìn)展，這歸因于紡織材料具有良好的柔韌性和變形能力，能夠承受剪切力、彎曲力和壓縮力。由于纖維之間的相互作用，紡織傳感器存在普遍的滯后效應(yīng)，這是幾乎所有類型的紡織品傳感器中最突出和不可避免的問(wèn)題之一。

  為了實(shí)現(xiàn)紡織柔性壓阻器件在靈敏度、可重復(fù)性、線性度、滯后、響應(yīng)/弛豫時(shí)間和工作電壓方面平衡的性能，胡金蓮教授課題組提出了一種類DNA雙螺旋紗線結(jié)構(gòu)的超快響應(yīng)/恢復(fù)柔性壓阻傳感器以用于表皮脈搏監(jiān)測(cè)。該傳感器在靈敏度 (0.57 kPa ^-1)、響應(yīng)時(shí)間 (2 ms)、弛豫時(shí)間 (2 ms)、線性度 (4.9%)、波動(dòng)性 (7.8%)、耐用性 (6000 次循環(huán)) 和滯后性(5.3%)等方面都表現(xiàn)出了平衡的性能。

圖1. 使用分層紡織結(jié)構(gòu)組裝的柔性壓力傳感器。（a）雙螺旋結(jié)構(gòu)的加捻紗線（插圖顯示meta-DNA 結(jié)構(gòu)）（b）和具有芯鞘結(jié)構(gòu)的纖維（c）。d-f) SEM 圖像顯示相應(yīng)織物 (d)紗線 (e) 和纖維 (f) 的表面形態(tài)。g) 夾層織物壓力傳感器的設(shè)計(jì)。該織物與聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN) 薄膜（綠色）、封裝凝膠（灰色）、叉指電極（黃色）和聚酰亞胺（PI）基材（藍(lán)色）結(jié)合在一起。h) 紡織傳感器顯示出良好的柔韌性。i) 用膠布繃帶組裝的紡織傳感器原型。

  導(dǎo)電織物由芯鞘纖維、加捻雙螺旋紗線到平紋針織物制成的自下而上的分層紡織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其可以靈活地組裝成膠布繃帶中的傳感器。將制備的導(dǎo)電織物剪裁成特定尺寸并與其他傳感器單元集成以形成夾層結(jié)構(gòu)，如圖1g所示。然后，將紡織層組裝在一對(duì)定制的軟金電極上，這些電極早先沉積在薄的PI基板上。隨后對(duì)紡織單元進(jìn)行凝膠封裝，傳感器結(jié)構(gòu)由PEN薄膜覆蓋。

圖2. 使用/不使用加捻紗線的不同紡織傳感器特性。

圖 3. 紡織傳感器性能及其在表皮脈搏檢測(cè)中的應(yīng)用. a) 紡織傳感器的超快響應(yīng)/松弛時(shí)間（1kHz采樣率）。b)作為響應(yīng)時(shí)間函數(shù)的基于紡織品的壓力/應(yīng)變傳感器的RI。c)在30到100 kPa的三種不同壓力下在1Hz觸發(fā)（每秒1個(gè)循環(huán)）下測(cè)試的紡織傳感器的耐用性。d)紡織傳感器對(duì)谷物裝載和卸載的電流響應(yīng)。e)通過(guò)紡織傳感器檢測(cè)頸部或手腕上的表皮脈搏。f)運(yùn)動(dòng)前后監(jiān)測(cè)手腕脈搏信號(hào)。g)從正常女性志愿者和診斷為竇性心動(dòng)過(guò)緩的男性志愿者收集的手腕脈搏信號(hào)。h)根據(jù) (g)的結(jié)果，每個(gè)完整循環(huán)中的相關(guān)信號(hào)峰值。P₁和P₂分別是沖擊波和潮汐波。ΔT是沖擊波和潮汐波之間的時(shí)間。i) 正常女性志愿者和診斷為竇性心動(dòng)過(guò)緩的男性志愿者之間的AI和 ΔT 的比較。

圖 4紡織傳感器在中醫(yī)中的潛在應(yīng)用。a) 1×3 傳感器陣列附著在“寸”、“關(guān)”和“尺”位置用于脈搏檢測(cè)。b) 不同壓力下“關(guān)”位置的脈搏信號(hào)，由腕帶調(diào)節(jié)以模擬脈搏期間的“浮”、“中”和“沉”三個(gè)壓力級(jí)別觸診。

  與其他紡織傳感器相比，該工作沒(méi)有添加額外的彈性體而基于獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)就呈現(xiàn)出令人印象深刻的快速響應(yīng)/恢復(fù)能力。該紡織傳感器能夠檢測(cè)不同身體位置（例如頸部和手腕）的脈搏信號(hào)，以及運(yùn)動(dòng)前后細(xì)微的脈搏變化，同時(shí)利用傳感器陣列模擬中醫(yī)中對(duì)寸、關(guān)、尺位置的脈搏觸診，有利于推進(jìn)中醫(yī)脈診現(xiàn)代化發(fā)展，對(duì)醫(yī)療保健監(jiān)測(cè)表現(xiàn)出的巨大潛力。

  該研究以“Ultrafast-Response/Recovery Flexible Piezoresistive Sensors with DNA-Like Double Helix Yarns for Epidermal Pulse Monitoring”為題發(fā)表在Advanced Materials上。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202104313

  下載：Ultrafast-Response/Recovery Flexible Piezoresistive Sensors with DNA-Like Double Helix Yarns for Epidermal Pulse Monitoring