武夷學院&閩江學院&中國科學院福建物質結構研究所&賓夕法尼亞州立大學：ACS Sensors

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皮膚接觸式可穿戴傳感器可以連續監測各種生物物理和生物化學信號，以進行健康監測和疾病診斷。然而，這類設備通常受限于在機械變形和人體運動下電源輸出性能不佳和不穩定。此外，還缺乏一種簡單且成本效益高的制造技術來在設備系統中制造和集成不同材料。

圖1. 自充電可穿戴傳感系統示意圖及運動和心率監測示意圖

鑒于此，武夷學院/中國科學院福建物質結構研究所的丁曉紅博士后、閩江學院的張誠研究員、賓夕法尼亞州立大學的程寰宇教授和中國科學院福建物質結構研究所吳立新研究員等聯合報道了一種完全集成的獨立可拉伸生物物理傳感系統。該系統結合了可穿戴生物物理傳感器、摩擦電納米發電機（TENG）、微型超級電容器陣列（MSCA）、電源管理電路和無線傳輸模塊。

在材料設計中，所有基于3D網絡石墨烯/Co₃O₄納米復合材料的設備組件和連接都是通過低成本和可擴展的直接激光寫入技術制造的。自充電電源單元可以有效地將身體運動的能量轉化為穩定和可調的電壓/電流輸出，以驅動各種生物物理傳感器和無線傳輸模塊，從而連續捕獲、處理和實時無線傳輸各種信號。新穎的材料改性、設備配置和系統集成策略為下一代獨立可拉伸傳感系統在健康監測和人機界面中的設計和應用提供了一條快速且可擴展的途徑。

圖2. 用于無創和持續健康監測的全集成獨立生物物理傳感系統的貼身評估。

該成果以《Standalone stretchable biophysical sensing system based on?laser direct write of patterned porous graphene/Co₃O₄?nanocomposites》為題發表于美國化學學會旗下學術期刊ACS Sensors，DOI:10.1021/acssensors.4c00916?(中科院1區top, IF=8.9)。

這項工作得到了中國國家自然科學基金（52002162，12174172）、福建省自然科學基金（2021J011040，2021J05249，2023J011396）、武夷學院引進人才科研啟動基金（YJ202101），福州科技項目（2021-SG-273），美國國立衛生研究院（R21EB030140）、美國國家科學基金會（NSF）（2309323，2243979，2319139，2222654）以及賓夕法尼亞州立大學的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.4c00916