生物相容性传感器可用于诊断 治疗 人机界面和虚拟现实

过早出生的儿童经常发生神经运动和认知发育障碍。减少这些残疾影响的最佳方法是通过一系列认知和运动测试及早发现它们。但是准确地测量和记录小孩的运动功能是很棘手的。正如任何一位家长会告诉你的那样，幼儿往往不喜欢戴在他们手上的笨重装置，并且喜欢摄取他们不应该做的东西。

哈佛大学的研究人员开发出一种柔软，无毒的可穿戴传感器，可以不显眼地附着在手上，测量抓握的力量和手和手指的运动。

该研究发表在Advanced Functional Materials上，是哈佛John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)，Wyss生物启发工程研究所，Beth Israel Deaconess医学中心和波士顿儿童医院的合作。

传感器的一个新颖元素是无毒，高导电性的液体溶液。

“我们开发了一种新型的导电液体，它不会比一小滴盐水更危险，”SEAS的研究生和该论文的第一作者Siyi Xu说。“它的导电性比以前的生物相容性解决方案高四倍，从而使数据更清晰，噪音更小。”

哈佛大学的技术开发办公室已经提交了与新型软传感器架构相关的知识产权组合，并正在寻求这些技术的商业化机会。

传感溶液由碘化钾(一种常见的膳食补充剂)和甘油(甘油)制成，甘油是一种常见的食品添加剂。在短暂的混合期后，甘油破坏碘化钾的晶体结构并形成钾阳离子(K +)和碘离子(I-)，使液体导电。因为甘油具有比水低的蒸发速率，并且碘化钾是高度可溶的，所以液体在一系列温度和湿度水平下都是稳定的并且具有高导电性。

“以前的生物相容性软传感器是用氯化钠 - 甘油溶液制成的，但这些溶液的电导率很低，这使得传感器数据非常嘈杂，而且制备也需要大约10个小时，”Xu说。“我们将其缩短到大约20分钟，并获得非常干净的数据。”

传感器的设计也考虑到了儿童的需要。硅橡胶传感器不是一个庞大的手套，而是位于手指顶部和指垫上。

“我们经常看到早产儿或被诊断患有早期发育障碍的儿童皮肤高度敏感，”该研究的合着者，波士顿儿童医院和哈佛医学院行为科学项目副教授Eugene Goldfield说。哈佛大学Wyss学院的学校和副教授。“通过粘在手指顶部，这个装置可以提供准确的信息，同时绕过孩子手的灵敏度。”

Goldfield是Wyss Institute灵活电子幼儿项目的首席研究员，该项目为过早出生且有脑瘫风险的幼儿设计模块化机器人系统。

Goldfield和他的同事目前使用SEAS和Wyss的运动捕捉实验室研究运动功能。虽然动作捕捉可以说明运动，但它无法测量力量，这对诊断神经运动和认知发育障碍至关重要。

“早期诊断是治疗这些发育障碍的游戏名称，这种可穿戴传感器可以为我们提供目前尚无法获得的许多优势，”Goldfield说。

本文仅对成人手上的设备进行了测试。接下来，研究人员计划缩小设备并在儿童手上进行测试。

“量化复杂人体运动的能力为我们提供了前所未有的诊断工具，”SEAS工程与应用科学Charles River教授，Wyss研究所创始核心学院成员，该研究的高级作者Rob Wood说。“对幼儿运动技能发展的关注为如何将许多传感器集成到一个小巧，轻便且不引人注目的可穿戴设备中提出了独特的挑战。这些新传感器解决了这些挑战 - 如果我们能够为这样一个要求创造可穿戴传感器任务，我们相信这也将在诊断，治疗，人机界面和虚拟现实中开辟应用。“

这项研究由Daniel M. Vogt，Wen-Hao Hsu，John Osborne，Timothy Walsh，Jonathan R. Foster，Sarah K.Sullivan，Vincent C. Smith和Andreas Rousing共同撰写。它得到了美国国立卫生研究院的支持。

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