四川大學吳曉東ACS Sensors：在家也能做研究？ — 家制多功能健康監測平臺

【研究背景】

柔性可穿戴智能傳感器在人體生命體征（如體溫、心率、呼吸頻率等）的連續性監測方面具有巨大的應用潛力。近年來，用于可穿戴健康監測的柔性傳感器取得了顯著進展，然而絕大部分報道的柔性傳感器都涉及復雜的實驗室制備流程（如曝光、蝕刻、真空鍍膜、二維/三維打印、合成/改性/加工等工藝），且需要用到特殊的微米/納米材料（如金屬納米導電材料、碳基納米導電材料、聚合物導體/半導體、二維材料等），上述因素在一定程度上限制了柔性傳感器的規模化制備和大面積部署（尤其在資源相對匱乏的場景或地區）。如何利用觸手可及的生活用品在居家條件下實現柔性智能傳感器件的簡便化構筑與按需調控，對于家庭式健康監測和未來智慧醫療的推廣和普及具有重要的現實意義。

【文章簡介】

近日，四川大學機械工程學院吳曉東研究員等人提出一種在居家條件下利用日常生活用品來構建高性能、多功能柔性傳感器的新方法。具體地講，使用鉛筆涂制導電石墨正電極，使用家用鋁箔作為負電極，使用辦公膠水、護膚保濕劑和烹飪食鹽來構建固態離子電解質。通過上述家制電極與電解質的合理組合，可構筑一系列新型電位式力學傳感器、電位式溫度傳感器及力/熱多功能傳感平臺。基于該系列家制傳感器和傳感平臺，可實現多種人體關鍵生命體征（如體溫、心率、呼吸頻率、咳嗽、人體活動等）的可靠檢測與連續監測，且傳感器可靠性和穩定性可與商用傳感器相媲美。上述工作為家庭式連續健康監測提供了一種便捷而有效的新方法，也為資源匱乏國家和地區的數字化醫療普及提供了一條新途徑。相關研究成果以 “Home-Made, Self-Powered, Skin-Attachable Sensing Platform for Diverse Vital Signs Monitoring” 為題，發表在傳感器領域國際著名期刊《ACS Sensors》上（中科院1區Top期刊，影響因子：9.618），論文第一作者和通訊作者為四川大學吳曉東研究員，加州大學伯克利分校Ana Arias教授為共同通訊作者。

?【研究內容】

圖1. 家制傳感器及傳感平臺的制備原料（如2B鉛筆、A4紙、家用鋁箔、辦公膠水、護膚保濕劑、烹飪食鹽、砂紙等）、工作機理、器件構型及其在不同人體關鍵生命體征監測（包括體溫、心率、呼吸頻率、咳嗽等）方面的應用場景。

圖2. 家制傳感器及傳感平臺不同組分（包括基于膠水/保濕劑/食鹽所構建的固態離子電解質、使用鉛筆涂制的導電石墨電極等）的制備流程、性能表征及最終器件展示。

圖3. 家制電位式力學傳感器和電位式熱學傳感器的綜合性能表征與評估。

圖4. 利用家制電位式力學傳感器監測人體脈搏信號、人體心率及其變化情況。

圖5. 基于家制電位式熱學傳感器監測人體不同部位體表溫度及溫度變化。

圖6. 利用家制電位式熱學傳感器監測人體實時呼吸狀態（包括正常呼吸和各種異常呼吸情況）及其呼吸速率。

圖7. 利用家制電位式力學傳感器監測人體呼吸狀態、呼吸速率及咳嗽過程。?

【結論和展望】

上述工作表明，通常在實驗室中進行的基于復雜工藝和特殊材料構建的柔性可穿戴傳感器也可以使用日常生活用品在居家環境下進行制造。實驗結果表明，該種家制多功能傳感平臺能夠準確、連續地監測多種關鍵人體生命體征，包括體溫、心跳/脈搏、呼吸頻率、咳嗽和各種身體運動。與實驗室制備的昂貴且復雜的傳感器件相比，該種家制多功能傳感平臺具有可比擬的綜合性能，但在便捷性、經濟性、可推廣性等方面具有顯著優勢，在以家庭為中心或資源匱乏地區的數字化醫療方面具有很好的實用價值；此外，該種家制多功能傳感平臺也可以為課堂教學和臨床培訓提供新的范例。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1021/acssensors.3c00630。