新加坡國立大學開發的新型微纖維傳感器，其功能類似于導電線，具有高度的敏感性且超薄，其直徑只有一根普通人頭發粗細。本發明設計爲耐用可洗，在可穿戴電子新興領域具有廣闊的應用前景。
來源：圖片由新加坡國立大學提供
新加坡國立大學（NUS）的一個研究小組開發了一種柔軟的、靈活的和可伸縮的微纖維傳感器，用于實時醫療監護和診斷。這種新型傳感器是高度靈敏的，超薄的，其直徑只有一根普通人頭發粗細。批量生産也很簡單，且成本效益高。
可穿戴和柔韌技術近年來引起了人們極大的興趣，導致了柔軟的、可穿戴式傳感器的巨大進步。隨著這一趨勢，使用導電液態金屬的微流體裝置已被越來越多地用作可穿戴的壓力和應變傳感器。然而，目前的裝置有各種限制 – 例如，它們可能不適合皮膚或穿著不舒服。
“我們的新型微纖維傳感器在皮膚上幾乎感覺不到，並且非常適合皮膚彎曲，盡管是柔軟細小的傳感器，但它具有很高的靈敏度，並且具有優異的導電性和機械可變形性。我們已經采用這些傳感器實時監測脈搏波形和繃帶壓力，結果非常有希望，“新加坡國立大學工程學院生物醫學工程系的Lim Chwee Teck教授說到，他也是該研究小組的負責人。
實時監測脈搏波形
由NUS工程團隊開發的智能微纖維傳感器包括一個液態金屬合金，作爲傳感元件，該液態金屬合金封裝在軟硅膠微管中。傳感器實時測量個體的脈搏波形，並且可以用這些信息來確定人的心率，血壓和血管僵硬度。
“目前，只有病人來到診所時，醫生才能監測患者的心率和血壓等生命體征，這需要心率和血壓監測儀等多種設備，這些設備往往體積龐大，可能無法提供即時反饋。因爲我們的傳感器像導電線可以很容易地織成手套，醫生可以穿戴手套來實時跟蹤病人的生命體征，這樣做方便了醫護人員，節省了時間，而病人可以享受更多的舒適感，”Lim補充道。
微纖維傳感器對于患有動脈粥樣硬化的患者也是有益的，所述動脈粥樣硬化是由脂肪條紋積聚引起的動脈增厚和僵硬。隨著時間的推移，這些條紋會累積成斑塊，這些斑塊可能完全或部分地阻斷血流，導致器官衰竭或可能引發心髒病發作或中風。
現有的檢測血管中斑塊的方法–例如計算機斷層掃描和磁共振成像-需要昂貴和笨重的設備。這些測試需要由經過培訓的醫療專業人員在醫院完成。
由于斑塊會改變血管的剛度，從而改變脈搏波形，因此NUS工程團隊開發的新型傳感器可以很容易地用于檢測斑塊，這種傳感器能夠在斑塊積聚到足夠大的尺寸以阻塞或破裂血管前檢測出斑塊。
今年年初，NUS的團隊分別在科學雜志“Proceedings of the National Academy ofSciences（PNAS）”和“Advanced Materials Technologies”上發表了微纖維傳感器的發展及其在脈搏監測中的應用。
繃帶壓力監測
智能微纖維傳感器的另一個臨床應用是用于治療因血液循環不暢而引起的靜脈性潰瘍。當腿中的靜脈不能將血液推回到心髒時，靜脈性潰瘍就會發生。由于靜脈中的血存量，靜脈中的壓力增加，隨著時間推移造成逐漸的皮膚損傷。
壓迫療法是靜脈性潰瘍的常見治療方法。取決于潰瘍的嚴重程度，必須在患者的腿上采用具有不同壓力的繃帶幾個月至一年。如果繃帶太緊，可能會造成組織損傷，但是如果繃帶太松，治療可能是無效的。目前，醫護人員傾向于根據培訓和經驗來估算繃帶在使用時的壓力。
由于繃帶提供的壓力可能由于患者的移動而隨著時間改變，因此對繃帶壓力的實時准確和連續的測量對于確保有效地愈合是重要的。
NUS工程團隊的微纖維傳感器超薄且高度靈活，可以很容易地編織成繃帶，以監測傳送和維護的壓力。這可以潛在地提高治療的有效性並減少愈合所需的時間。將來，患者還可以使用應用程序跟蹤繃帶壓力，並且可以與遠程監視治療進度的醫生共享信息。
目前該團隊正在與新加坡綜合醫院合作，以測試微纖維傳感器在繃帶壓力監測中的應用。
商業化和進一步研究
“我們的微纖維傳感器具有很高的通用性，可用于各種應用，包括醫療監護、智能醫療假肢裝置和人造皮膚。獨特的設計使其耐用且可清洗，因此我們的新型發明對于可穿戴電子産品的新興領域非常具有吸引力，”Lim教授說到。
該團隊已經爲其智能微纖維傳感器申請了專利。目前研究人員正在改進傳感器設計並減小其附件的尺寸，以提高設備的用戶使用便利性。新加坡國立大學的團隊最近贏得了2017年9月在台北舉辦的工程醫療創新全球大賽最具創新獎。
國大研究人員不斷探索微纖維傳感器的新應用，同時他們也熱衷于與商業合作夥伴合作，將其新型傳感器推向市場。
原文鏈接：
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