實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體狀態(tài)對(duì)人體健康至關(guān)重要，但這類(lèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備成本高且不夠輕便，往往用于醫(yī)院的重癥監(jiān)護(hù)病房中。這類(lèi)技術(shù)如果可以應(yīng)用到可穿戴設(shè)備上，那么就可以實(shí)現(xiàn)在日常生活中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體的健康狀況，如用于幫助提醒疲憊的人休息，輔助開(kāi)發(fā)健身游戲和其他娛樂(lè)項(xiàng)目，輔助評(píng)估運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度等。柔性傳感器增強(qiáng)了在日常生活中持續(xù)健康監(jiān)測(cè)的可能性，但這要求柔性傳感器重量輕、與皮膚兼容、足夠敏感、易于集成，并且能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)多種不同的生命指標(biāo)。然而，將不同類(lèi)型的傳感器集成到與人類(lèi)皮膚兼容的可穿戴設(shè)備中仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
五邑大學(xué)柔性傳感材料與器件研究開(kāi)發(fā)中心羅堅(jiān)義教授課題組報(bào)道了一種簡(jiǎn)單、低成本的柔性集成傳感器。該傳感器將不同長(zhǎng)度的兩根碳纖維固定在柔性印刷電路板（FPCB）上，其中長(zhǎng)碳纖維作為溫度傳感器，兩根碳纖維相互交疊的交叉結(jié)作為應(yīng)力傳感器，從而實(shí)現(xiàn)可同時(shí)檢測(cè)溫度和應(yīng)力的集成傳感器（圖1）。
▲圖1 集成了溫度和應(yīng)力傳感特性的柔性傳感器的結(jié)構(gòu)和性能。
這種簡(jiǎn)單、靈活的傳感器不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮膚溫度變化，還可以提取人體多個(gè)部位的大多數(shù)脈搏波，包括靜脈波。為了實(shí)現(xiàn)中醫(yī)脈診脈沖的可視化，課題組設(shè)計(jì)了一種帶有三個(gè)柔性傳感器的脈診手套來(lái)模擬中醫(yī)脈診。此外，研究人員設(shè)計(jì)了帶有四個(gè)柔性傳感器的可穿戴設(shè)備，將傳感器分別固定在人體不同部位(頸部、胸部、腋窩、指尖)，同時(shí)監(jiān)測(cè)體溫、頸動(dòng)脈脈搏、指尖動(dòng)脈脈搏、呼吸頻率，成功提取了四個(gè)重要的生理指標(biāo)——體溫 (BT)、血壓(BP)、心率(HR)和呼吸頻率(RR)，并對(duì)其進(jìn)行分析，以識(shí)別運(yùn)動(dòng)、興奮、疲勞、憤怒和恐懼等不同身體狀態(tài)。（圖2，圖3）
▲圖2 柔性傳感器用于記錄人體不同穴位的脈搏波
▲圖3 人體狀態(tài)監(jiān)測(cè)
該工作提出了一種多功能的低成本柔性集成傳感器，通過(guò)將不同長(zhǎng)度的碳纖維固定在柔性印刷電路板上，利用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和應(yīng)力的檢測(cè)。該傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮膚溫度的變化，還可以提取人體多個(gè)部位的脈搏波，為用于人體健康監(jiān)測(cè)的柔性可穿戴傳感設(shè)備提供了一種簡(jiǎn)單、低成本的制備方法。
以上成果以“Identifying human body states by using a flexible integrated sensor”為題發(fā)表在柔性電子領(lǐng)域國(guó)際頂刊Nature合作期刊npj Flexible Electronics上，文章的第一作者是五邑大學(xué)應(yīng)用物理與材料學(xué)院2020屆碩士研究生金瑛，通訊作者為五邑大學(xué)羅堅(jiān)義教授。
文獻(xiàn)及DOI：
Identifying human body states by using a flexible integrated sensor.
DOI：10.1038/s41528-020-00090-9.
