借助3D打印和纳米技术 研究人员打造橡胶石墨烯传感器

2020-03-11
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摘要 3月11日消息,滑铁卢大学工程师的利用3D打印技术和纳米技术,为可穿戴设备制造了一种既耐用又灵活的传感器,可用于从监测生命体征到追踪运动表现等一切情况。

  目前,一些技术大有希望扩大卫生保健系统的能力,将其范围扩大到社区,改进诊断和监测,并最大限度地提高个人的独立性和参与性。可穿戴技术的远程监控系统就是一种,而且,最近可穿戴传感器系统的发展带来了许多令人兴奋的临床应用。

  可穿戴传感器具有诊断和监测应用。它们目前的功能包括生理和生化传感,以及运动传感。生理监测可以帮助诊断和治疗大量患有神经、心血管和肺部疾病(如癫痫、高血压、阅读障碍和哮喘)的患者。基于家庭的运动感应可能有助于预防跌倒,并有助于最大限度地提高个人的独立性和社区参与。

  对康复感兴趣的生理监测包括心率、呼吸频率、血压、血氧饱和度和肌肉活动。从这些监测中提取的参数可以提供健康状况的指标,具有极大的诊断价值。以前,只有在医院环境中才能对生理参数进行连续监测。但是今天,随着可穿戴技术领域的发展,精确、连续、实时监测生理信号成为可能。

  据悉,3月11日消息,滑铁卢大学工程师的利用3D打印技术和纳米技术,为可穿戴设备制造了一种既耐用又灵活的传感器,可用于从监测生命体征到追踪运动表现等一切情况。

  研究人员将硅橡胶与超薄石墨烯层结合在一起形成一种新材料,是制作腕带或跑步鞋鞋垫的理想材料。当橡胶材料弯曲或移动时,高导电性的纳米级石墨烯就会产生电信号,这种石墨烯嵌在其设计的蜂窝状结构中。

  滑铁卢大学多尺度增材制造(MSAM)实验室的研究主任Ehsan Toyserkani说,“硅树脂为我们提供了生物监测应用所需的灵活性和耐久性,而添加的嵌入式石墨烯使其成为一种有效的传感器。这一切都集中在一个单一的部分。”

  只有使用最先进3D打印技术——也被称为加法制造——的设备和工艺,才能制造出具有如此复杂内部特征的硅橡胶结构。这种橡胶-石墨烯材料除了具有高导电性外,还具有极高的柔韧性和耐用性。

  滑铁卢大学工程学博士生、该项目负责人埃尔哈姆达乌迪(Elham Davoodi)说,“它可以在最恶劣的环境中使用,即使是在极端的温度和湿度下。它甚至可以能跟你的衣服一起洗。”

  这种材料和3D打印工艺使定制的设备能够精确地适合用户的体型,同时与现有的可穿戴设备相比也提高了舒适度,并由于简单而降低了制造成本。

  Toyserkani是机械和机电工程的教授,他说这种橡胶石墨烯传感器可以与电子元件搭配使用,制成可穿戴设备,记录心率和呼吸频率,记录运动员跑步时施加的力量,让医生远程监控病人,以及其它许多潜在的应用。

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