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皮肤上的透气可穿戴电子设备用于长期健康监测

时间:2021-04-03 11:32:00 来源:

东京大学的一组研究人员说,一种低变应原性电子传感器可以连续戴在皮肤上一周而不会感到不适,它又轻又薄,以至于使用者甚至都不会戴上它。由可呼吸的纳米级网状结构构成的弹性电极有望发展无创的电子皮肤设备,该设备可以长期连续监测人的健康。

近年来,用于监测心率和其他重要健康信号的可穿戴电子设备取得了长足的发展,下一代小工具采用了轻巧,高弹性的材料直接附着在皮肤上,从而可以进行更灵敏,更精确的测量。但是,尽管这些设备中使用的超薄薄膜和橡胶片会粘附并很好地贴合皮肤,但长期使用却缺乏透气性,这被认为是不安全的:皮肤病学测试表明,细腻,可拉伸的材料可防止出汗并阻止皮肤周围的气流引起刺激和发炎,最终可能导致持久的生理和心理影响。

纳米网状电极紧贴手背的轮廓,贴在皮肤上时可完美贴合。可伸展的装置让皮肤自然呼吸,而且又轻又薄,以至于佩戴者忘记了戴上它。图片来源:Someya实验室。

“我们了解到,在医疗和体育应用中需要实际使用的设备需要佩戴一周或更长的时间才能进行连续监控,”东京大学工程学研究生院的高尾教授说。 -测量血液中氧气的皮肤贴片。

在当前的研究中,该小组开发了一种电极,该电极由包含水溶性聚合物,聚乙烯醇(PVA)和金层的纳米级网眼构成,这些材料被认为与人体安全且具有生物相容性。该设备可通过喷洒少量水来溶解,该水可溶解PVA纳米纤维并使其易于粘附在皮肤上-与人体皮肤的曲线表面(如汗水孔和食指指纹的脊部)无缝贴合图案。

接下来,研究人员对20位受试者进行了皮肤贴剂测试(针对刺激和皮肤过敏),并且在参与者佩戴设备一周后未发现其皮肤发炎。该小组还评估了纳米网状导体的水蒸气渗透性,以及超薄塑料箔和橡胶薄板等其他基材的渗透性,发现其多孔网状结构与其他材料相比具有更好的透气性。 。

此外,科学家通过反复弯曲和拉伸超过10,000次的食指上的导体,证明了该装置的机械耐用性;当其肌肉电活动的读数与通过常规凝胶电极获得的读数相当时,他们还确立了其作为肌电图记录电极的可靠性。

Someya说:“在不引起任何压力或不适的情况下,监控患者的生命体征将成为可能。” Someya谈到该团队研究的未来意义。除了护理和医疗应用外,新设备还有望对运动员的生理信号和身体运动进行连续,精确的监控,而不会影响其训练或表现。