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石墨烯传感器在可穿戴设备中的应用

近年来,附着于皮肤的可穿戴电子设备已成为健康传感器技术领域的新兴研究趋势之一。但是,长期以来,寻找将可穿戴设备贴合到皮肤上的最佳方法一直是一项挑战。材料“新宠”石墨烯因韧性佳、高光穿透率及良好的导电性,不仅在电池,在可穿戴传感器领域一直拥有一席之地。

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  物联网若要实现物物相连,需要网络接入点,而可穿戴设备凭借其便携的优势,可作为物联网的入口,通过搭载各种传感器,进行数据采集、存储、交换等。业内人士分析,随着技术日益成熟,可穿戴设备市场空间已经大大扩展。生物传感器和陀螺仪等电子元器件可嵌入帽子、鞋子、眼镜、手表、头盔、T恤衫等传统穿戴物品中,让可穿戴设备从新奇玩意,变成劳动工具。

石墨烯基传感器在可穿戴设备中的应用

可穿戴呼吸监测器

      石墨烯基传感器成为可穿戴设备“新宠”

      随着大批可穿戴设备相继涌入大众电子消费市场,如今创新乏力、功能雷同的可穿戴设备可能已经很难打动普通用户的心。在前景的不明朗、消费者的热情被消耗殆尽的大环境下,以 Google Glass、Jawbone 等产品为代表的第一批“拓荒者”,也已经率先退出了市场。而近年来,附着于皮肤的可穿戴电子设备已成为健康传感器技术领域的新兴研究趋势之一。但是,长期以来,寻找将可穿戴设备贴合到皮肤上的最佳方法一直是一项挑战。

       一个真正有效的可穿戴传感器必须是柔软的,而且可以完全贴合到潮湿和干燥的皮肤上,让用户保持舒适的体验。因此,基底(感知成分所依附的材料)的选择非常关键。机织纱是一种普遍使用的基底,但它有时会与皮肤接触得不完全,特别是在皮肤上毛发浓密的时候。普通的纱线也容易受到潮湿环境的影响。在水下时,粘合剂会失去其粘合力;在干燥环境中,粘合剂又太粘,以至于撕下的时候会让人感到疼痛。

石墨烯基传感器在可穿戴设备中的应用

石墨烯分子结构 示意图

       而材料“新宠”石墨烯因韧性佳、高光穿透率及良好的导电性,不仅在电池,在传感器领域一直拥有一席之地。

       石墨烯在可穿戴传感器中的应用范例

       传感器专家网报道,近日,据悉,韩国一支科研团队受章鱼吸盘启发,开发出一种基于石墨烯、有吸附力的生物传感器。此类可穿戴设备不仅可监测心率、体表温度、血氧水平、运动量及其他生理参数,还能监测与炎症甚至胰岛素有关的重要生理指标。可穿戴设备采集的数据与信息,不仅有助于病人及时了解健康和医疗状况,还能在某些疾病发作之前作出预警,或在疾病发作时让病人得到及时的医疗照顾。

石墨烯基传感器在可穿戴设备中的应用

基于石墨烯、有吸附力的生物传感器 示意图

  该传感器具有类似纱线的基底,该基底采用章鱼般的吸盘吸附到皮肤上。研究人员们将氧化石墨烯涂覆到弹性聚氨酯与涤纶织物上,并浸泡在L-抗坏血酸中,以帮助导电,同时保持其强度和弹性。在那里,他们添加了一层石墨烯涂层和PDMS薄膜,以形成从织物到皮肤的导电路径。最终,他们将吸盘般的微型图案蚀刻到薄膜上。

  该传感器可以在潮湿和干燥的环境下,大范围地检测压力与运动。研究人员称,该器件也能监测一系列人体活动,包括心电图信号、脉搏和语言模式,因此有望应用于医疗领域。

       其实,前段时间,韩国首尔国立大学的团队尝试融合石墨烯与金的特性,研发出一款可监测并调节血糖水平的石墨烯腕带。这款石墨烯腕带炫酷的地方是,不但可以实时监测,还具有注射功能。

石墨烯基传感器在可穿戴设备中的应用

图示 石墨烯腕带 可监测并治疗糖尿病

       戴上这个腕带,石墨烯传感器会在监测区根据皮肤的温度和湿度,及汗液的pH值和葡萄糖浓度,综合分析出血糖浓度。发现血糖浓度超标后,腕带治疗区的加热器就激发微型针头,融化药物贮藏体的外膜,一个带有降血糖药物的微型针头会刺入患者的浅表皮肤之下,即时控制患者血糖。并且,治疗区的针头的外膜会适时停止融化,避免过度注入。

       这类可以实时智能调控的可穿戴产品,正是医生们所需要的,对慢性病管理的意义也自不待言。但目前来看,市场对医疗健康类可穿戴设备的反响尚不稳定。

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