新型液态金属可穿戴压力传感器 用于健康监测

软压力传感器在包括软机器人、电子皮肤和可穿戴电子等多个领域受到了广泛的关注。可穿戴软压力传感器在实时健康监测和疾病早期诊断方面具有巨大的潜力。

由机械工程系Park Inkyu教授领导的KAIST研究团队开发了一种用于健康监测的高灵敏度可穿戴压力传感器。这项工作在11月21日的《先进医疗材料》杂志上被报道为封面文章。

该技术能够灵敏、准确、连续地测量生理和物理信号，在健康监测和疾病早期诊断方面具有巨大的应用潜力。

软压力传感器需要具有高合规性、高灵敏度、低成本、长期性能稳定性和环境稳定性，才能用于持续的健康监测。使用碳纳米管和石墨烯等功能材料的传统固态软压力传感器具有良好的传感性能。然而，由于可拉伸基板和功能材料之间的距离，这些传感器的可拉伸性有限，信号漂移和长期不稳定。

为了克服这些问题，液态金属的液态电子学被引入到各种可穿戴应用中。在这些材料中，镓、铟和锡的共晶合金Galinstan具有良好的机电性能，可用于穿戴应用。但如今的液态金属压力传感器具有较低的压力敏感性，这限制了它们在健康监测设备中的适用性。

研究小组开发了一种3d打印的刚性微凸阵列集成的、基于液态金属的软压力传感器。在3d打印技术的帮助下，刚性微凸阵列与液态金属微通道主模的集成可以同时实现，降低了制造过程的复杂性。通过刚性微凸和微通道的集成，与以前报道的基于液态金属的压力传感器相比，新的压力传感器具有极低的检测限和增强的压力灵敏度。该传感器还具有可忽略的信号漂移超过10,000周期的压力，弯曲和拉伸，并在各种环境条件下表现出良好的稳定性。

这些性能结果使它成为各种健康监测设备的优秀传感器。首先，研究团队展示了一种可穿戴的腕带设备，可以在运动过程中持续监测脉搏，并可用于基于PTT计算的无袖BP无创监测系统。然后，他们引入了一个无线穿戴式鞋跟压力监测系统，该系统将三个3d光点与一个无线通信模块集成在一起。

帕克教授说:“我们提出的软压力传感器可以连续测量健康指标，包括脉搏和血压，以及身体部位的压力。”我们希望在不久的将来，它能应用于医疗保健领域，如预防和监测压力引起的疾病，如压疮。未来将有更多的研究机会，包括与其他身体参数相关的全身压力监测系统。”

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