会呼吸的健康监测器
2017-07-27 李惠钰 中国科学报
近日，日本东京大学的一个科研团队研发出了一种低过敏性电子传感器，这种很轻薄的传感器可以在皮肤上连续佩戴一周，且不会造成任何不适，甚至用户都忘记了它们的存在。这种弹性电极由透气纳米网片构成，有望用作长期持续监测人体健康的非侵入性电子皮肤装置。
近日，日本东京大学的一个科研团队研发出了一种低过敏性电子传感器，这种很轻薄的传感器可以在皮肤上连续佩戴一周，且不会造成任何不适，甚至用户都忘记了它们的存在。这种弹性电极由透气纳米网片构成，有望用作长期持续监测人体健康的非侵入性电子皮肤装置。
近年来，可穿戴电子产品取得了重大进展，下一代产品采用轻质、高弹性材料，直接附着在皮肤上，以实现更灵敏、精确的测量。然而，尽管这些装置中使用的超薄薄膜和橡胶片与皮肤黏附性很好，但是对于长期使用而言，其缺乏透气性这一点被认为是不安全的——皮肤病学试验显示，细小的可拉伸材料会妨碍出汗并阻塞皮肤周围的气流，造成刺激和炎症，最终可能对生理和心理都造成长期的影响。
“目前，在医疗和体育行业，急需一些可穿戴并持续监测达一周以上的设备。”东京大学工程系教授染矢高雄说，该教授的研究团队在此之前已经研发出了一种测量血液含氧量的皮肤贴片。
现在该团队开发的这种电极，由含有水溶性聚合物、聚乙烯醇（PVA）和与人体生物相容性良好的金质层状材料的纳米网片所构成。在该设备上喷洒少量的水，将PVA纳米纤维溶解，可以使其很容易就黏附到皮肤上——该设备无缝贴合人体皮肤的曲线表面，包括毛孔和指纹。
研究人员对20名受试者进行了皮肤斑贴试验，在佩戴该设备一周后，没有受试者产生炎症。该团队还评估了该纳米网导体的水蒸气渗透率，和超薄塑料薄膜以及橡胶薄片对比，其多孔网状结构具有更优异的气体渗透性。
此外，研究人员将该导体贴附在手指上，通过1万次以上的反复弯曲和伸直试验，证明了该装置的机械耐久性；同时，该装置对肌肉电活动的读数与常规凝胶电极获得的读数相差无几，也证实了其作为肌电图记录电极的可靠性。
“该设备可以做到监测患者的生命体征，而不引起任何压力或不适。”染矢高雄说。除了护理和医疗应用外，该设备还能够对运动员的生理信号和身体运动进行持续而精准的监控，而不会妨碍他们的训练或表现。
作者：李惠钰
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