基于有机场效应晶体管的可穿戴柔性监测设备在生物医学领域的研究现状

介绍了基于有机场效应晶体管(organic field effect transistor,OFET)技术的柔性半导体器件的工作原理和发展概况,综述了基于OFET的生物力学监测设备、文身生物监测设备、细胞检测设备等可穿戴柔性监测设备的研究现状,分析了基于OFET的可穿戴柔性监测设备存在的不足,指出了微型化、个性化、多元化等是未来基于OFET的可穿戴柔性监测设备的发展方向。

可穿戴设备在校园足球比赛中应用的可行性分析

本研究探讨了柔性可穿戴传感器在青少年校园足球中的应用,以改进传统闭锁式教学方法的不足。闭锁式教学缺乏实战情境,导致学生在高强度、高压力比赛中难以灵活运用技能,削弱了他们的临场决策和应变能力。通过在中国知网、谷歌学术和Web of Science资料库中,以“校园足球比赛”“可穿戴设备”“运动监测”为关键词,检索高相关、高质量文献。柔性可穿戴设备能够实时监测青少年球员的身体状态、压力分布和跑动路线,提供详实的数据支持,帮助教练和青少年球员识别技术问题并制定改进方案,优化战术安排,提高学习效果和比赛表现。这些设备不仅促进了学生的自我评估和调节能力,还通过模拟真实比赛情境,培养其战术意识和临场应变能力,弥补了传统教学的缺陷。通过这种科学的数据驱动方法,提升了整体教学和比赛的科学性和实效性,为提高校园足球教学质量和学生的全面发展提供了新的方向。

帕金森病步态的可穿戴多源数据采集与特征识别方法

针对帕金森病患者因早期症状隐匿、个体差异显著而导致该病早期识别与健康量化表征困难的问题,提出了一种柔性可穿戴的多源步态数据采集与特征分类方法。开发了柔性可穿戴步态采集系统,通过融合16通道柔性压阻传感器与8通道柔性压电传感器分别采集足底压力和形变信息,并针对各传感器设计了多源信号调理和传输电路,实现了多源步态信号的实时采集与无线传输。利用所设计的系统采集了帕金森患者与健康对照组的正常行走数据,通过对步态数据进行特征构建和显著性差异分析,提出了帕金森病特征识别方法,获取了具有识别效果的显著差异性特征。研究结果表明:帕金森病患者的时相特征不对称度、峰值变异系数、步态周期变异系数等特征值明显大于健康对照组。以支持向量机和k-近邻作为分类器分别对比了单一数据和多源数据特征用于帕金森病诊断的结果,发现当同时使用2种信号特征时,分类准确率比单一数据特征高6%~10%,其中基于k-近邻算法的帕金森病分类准确率达到89.66%。所提方法能有效提高帕金森病识别率,为帕金森病步态异常量化分析与诊断的临床应用奠定了基础。

熔融混炼制备柔性TPU/rGO介电层及其压力传感性能

为了探究熔融混炼制备弹性体/导电填料复合材料的压力传感性能及其应用价值,对良好生物相容性的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)和氧化石墨烯(GO)进行熔融混炼,该过程中GO发生原位热还原,从而制得柔性TPU/还原氧化石墨烯(rGO)纳米复合材料。以此为介电层组装电容式压力传感器,并进行传感性能测试分析。结果表明,GO的掺杂可有效改善传感器的性能,1.0%GO质量分数时传感器的灵敏度为0.069 MPa^(-1)(0.06~2 MPa),明显高于未掺杂的(0.046 MPa^(-1)),这与GO掺杂显著提高介电层的介电常数有关。当GO含量过高时,传感器灵敏度反而降低,这可能与材料内rGO渗流网络形成有关。所研制的传感器响应性较好,以GO 1.0%质量分数为例,其响应时间约110 ms、迟滞误差1.4%、稳定性良好。该传感器可成功应用于人体手指点击和弯曲运动监测,在柔性可穿戴领域展现出良好的应用前景。

纤维基可穿戴电子设备的研究进展

为促进纤维基柔性可穿戴电子产品的发展,推动柔性可穿戴电子产品的更新换代,带动传统纺织服装行业的转型升级,归纳了近几年柔性纤维基可穿戴电子设备的研究进展,并对其进行系统分类,包括传感器、能量收集储存设备和其他功能性电子设备;讨论了目前纤维基可穿戴电子设备中存在的问题和面临的困境;指出多领域交叉综合、电子集成以形成系统、对人体安全无危险、可洗且穿着舒适是柔性纤维基可穿戴电子设备的发展趋势,而基于纤维或纱线基的柔性可穿戴电子设备将成为下一代多功能柔性可穿戴电子产品的发展重点。

针织一体成形电容传感器设计及其性能

针对柔性电容传感器的电极易暴露于外界环境和穿着舒适性差等问题,提出一种表面绝缘电极与介质层一体成形的针织电容传感器设计方法。进一步对传感器的力学性能、表面绝缘性能和传感性能进行探究,揭示了织物厚度与间隔丝直径对其性能的影响。研究发现,织物厚度越大,间隔丝直径越小的传感器综合性能越好,其中厚度为8.0 mm、间隔丝直径为0.15 mm的传感器表现最佳,其灵敏度为0.033 kPa^(-1),并且具有较低的迟滞性和快速响应时间,对不同性质输入信号(不同压缩距离和不同压缩频率)均具有良好的分辨响应能力,且具有2 000次循环内的重复稳定性,在手部动作识别及液体称重场景展现出较好的压力传感能力。该传感器降低了生产成本,且应用过程中信号稳定,在可穿戴、医疗监测及人机交互界面展现出巨大的应用潜力。

高分子导电水凝胶的制备及在柔性可穿戴电子设备中的应用

水凝胶是具有高含水量、可变形性和良好生物相容性的材料,其中导电水凝胶具有良好的导电性、可调节的机械性及自黏附性等特征,逐渐成为制备柔性可穿戴电子设备的最佳候选材料。近年来,具有生物相容性、机械柔韧性和抗疲劳性的导电水凝胶得到广泛研究,能够实现多种生理信号和物理信号的监测及传输,促进了柔性可穿戴电子设备的发展。柔性可穿戴电子设备逐渐成为人机交互技术和人工智能领域的主要研究方向。导电水凝胶通过使用导电聚合物、导电填料、自由离子及其混合物来合成,根据导电机理,所制备的导电水凝胶可分为电子导电水凝胶、离子导电水凝胶和混合电子-离子导电水凝胶。本文讨论了导电水凝胶的制备方法,总结了导电水凝胶在可拉伸性、导电性、生物相容性和自修复性等功能方面的研究进展及其在柔性可穿戴电子设备中的应用,期望导电水凝胶可以取得更好的发展。

间隔织物基光热-热电复合材料的制备及其性能

为提高柔性可穿戴供能设备的热电性能,首先利用NaOH和二甲亚砜(DMSO)共同掺杂聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)制备NaOH/DMSO/PEDOT:PSS热电膜,研究了NaOH及DMSO质量分数对PEDOT:PSS电导率、塞贝克系数以及功率因数的影响;然后以棉/涤纶间隔织物为基材,通过复合NaOH/DMSO/PEDOT:PSS并涂覆ZrC/聚氨酯(PU)光热层制备光热-热电复合材料,并对复合材料的形貌结构和热电性能等进行表征。结果表明:当添加质量分数为0.5%的NaOH及3.5%的DMSO时,NaOH/DMSO/PEDOT:PSS热电膜的功率因数达到最高,为25.6μW/(m·K^(2)),是纯PEDOT:PSS膜的2327倍;光热-热电复合材料的塞贝克系数为35.5μV/K,添加ZrC/PU光热层后复合材料在光照下产生的电压为无光热层复合材料的6.3倍。

非侵入式呼吸监测设备的研究进展

呼吸是生命最基础的活动.呼吸系统疾病已成为世界上靠前的死亡原因,慢性阻塞性肺病、结核病以及COVID-19等呼吸性疾病夺取了无数人的生命,有效的可用于长期监测呼吸状况的设备已成为了当下诊断和治疗呼吸疾病的迫切需求.笔者认为非侵入式呼吸监测设备将会成为呼吸监测设备发展的大趋势,其接触式和非接触式的测量方法可应用于绝大多数情况,故作此综述,意在总结国内外非侵入式呼吸监测设备研究状况并为深入研究提供参考.

一种基于离子液滴的电容式压力传感器的设计

随着物联网和大数据时代的到来,柔性可穿戴设备在医疗健康监测领域中正受到越来越多的关注。一方面,柔性可穿戴设备通过采集人体生理信息,可帮助慢性病患者进行自我监测和管理,减少就医次数和降低医疗成本;另一方面,与传统的使用刚性材料的智能手环、智能眼镜相比,柔性可穿戴设备的核心部件是基于柔性材料的传感器,具有良好的延展性、贴合性和舒适性,更适合婴儿、老人等特殊病患长期佩戴使用。文章提出了一种以离子液为介质、ITO导电膜为电极的柔性电容式压力传感器,利用差分式测量电路成功测得人体脉搏信号。该传感器制作简单,成本低廉,具有良好的准确性、实时性和舒适性。

基于壳聚糖物理网络的高强韧双网络水凝胶的构建、调控与应用

双网络水凝胶由两个具有相反物理性质的交联网络构成,硬而脆的第一网络在变形过程中断裂耗散能量,从而增韧凝胶.当第一网络为具有重建能力的物理网络时,双网络水凝胶表现出优异的抗软化和机械稳定性.目前双网络水凝胶第一物理网络类型单一、结构和力学调控繁琐,因而其开发和应用受到限制.针对上述问题,作者发展了硬而脆的壳聚糖物理网络构建的新策略,壳聚糖的网络类型、结构和物理性质均能简便调控,然后将其作为第一网络成功地制备了多种高强韧且结构性能可灵活调控的双网络水凝胶,在抗冻敷料、生物医用、柔性电子和可穿戴设备等领域具有重要的应用价值.构建壳聚糖基双网络水凝胶的策略操作简单、普适通用,能够有力促进高强韧水凝胶的开发、功能化及应用.