用于脈沖監測的新型雙螺旋紗線壓阻傳感器

用紗線編織的紡織品通過智能電子傳感技術用于遠程醫療診斷。然而，導出的不一致信號是有待解決的問題之一。城市大學(CityU)的學者領導的一項研究受到DNA結構的啟發，發現雙螺旋結構編織的紡織品可以幫助克服上述挑戰。該團隊進一步開發了一種靈活的壓阻式傳感器來檢測人體脈搏。傳感器響應迅速，按下后迅速恢復，信號穩定。該團隊希望傳感器可以引入不斷增長的醫療和保健市場。

“基于紡織品的傳感器具有柔韌性、可拉伸性和透氣性等多種優勢，因此被用于制造柔性壓阻傳感器，”胡教授說。然而，紡織傳感器通常具有滯后性，這意味著傳感器一旦改變形狀就很難恢復。此外，一般紡織傳感器的信號不一致，因此測量結果往往不可重復，這阻礙了它們的應用。

為了解決滯后問題，傳統的策略是將彈性聚合物整合到紡織品中。相反，胡教授的團隊從紗線本身的結構入手。他們制造了具有類似于DNA的雙螺旋結構的紗線，然后通過將兩根紗線捻在一起制成織物。“這種方法巧妙地將兩根紗線捻合為一根，使兩根紗線之間的粘合力穩定，使織物不會松散，變形時能迅速恢復，”胡教授解釋說。

用于檢測表皮脈搏的基于紡織品的柔性壓阻傳感器

胡教授指出，一般紡織傳感器產生滯后的關鍵原因是紗線受壓縮變形后，紗線相互摩擦后無法恢復。但她的團隊制作的紗線采用了雙螺旋結構，將紗線緊密地拉緊在一起，減少了摩擦產生的滑動，從而緩解了滯后現象。

在此基礎上，團隊進一步研發了一種具有超快響應和恢復能力的基于紡織品的柔性壓阻傳感器，用于表皮脈搏監測實驗。

該團隊開發的基于紡織品的柔性壓阻傳感器由五層組成。中間層的織物由雙螺旋結構的紗線編織而成，放置在一層電極和底層聚酰亞胺(PI)基板上。然后研究人員用凝膠密封這三層，并在頂部表面覆蓋一層聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜。

基于織物的柔性壓阻式傳感器通電后，電極層上的織物被表皮脈搏跳動變形后會產生電阻，并根據脈搏的變化產生不同的信號。團隊的實驗證實，基于紡織品的柔性壓阻式傳感器可以檢測頸部和腕部的表皮脈搏，運動前后監測到的腕部脈搏信號不同。此外，從診斷為竇性心動過緩的正常女性和男性采集的腕部脈搏信號也存在顯著差異。

超快響應和恢復時間

“與其他紡織傳感器相比，我們的設備具有更高的靈敏度。它可以感應到僅重9毫克的谷物的壓力。此外，傳感器響應速度非常快，可以在2毫秒(ms)內產生信號，并且它按壓后只需一毫秒即可從脈搏中恢復，”胡教授評論道。這種基于紡織品的柔性壓阻式傳感器已經過測試并證明其耐用性，可以重復使用6,000次，同時保持95%的初始性能。“最重要的是，我們解決了一般紡織傳感器的滯后問題。實驗結果表明，該傳感器獲得了一致的信號，并且在各個方面都表現出出色且均衡的性能，”胡教授總結道。

胡教授將這套新型高效紡織柔性壓阻傳感器描述為表皮脈搏檢測技術的創新。它可以靈活地組裝在可穿戴設備上，有助于推動中醫脈診的現代化。