用于健康监测应用的新型液态金属可穿戴压力传感器

 
软压力传感器在软机器人，电子皮肤和可穿戴电子设备等各个领域都受到了重要的研究关注。可穿戴的软压力传感器具有实时健康监测和疾病早期诊断的巨大潜力。
由机械工程系的Inkyu Park教授领导的KAIST研究小组开发了一种用于健康监测应用的高度灵敏的可穿戴压力传感器。这项工作在11月21日的Advanced Healthcare Materials中作为封面文章进行了报道。
该技术能够灵敏，精确且连续地测量生理和物理信号，并显示出在健康监测应用和疾病早期诊断中的巨大潜力。
为了用于连续健康监测，要求软压力传感器具有高柔顺性，高灵敏度，低成本，长期性能稳定性和环境稳定性。使用包括碳纳米管和石墨烯的功能材料的常规固态软压力传感器已经显示出出色的感测性能。但是，由于可拉伸基板与功能材料之间的距离，这些传感器的可拉伸性，信号漂移和长期不稳定性受到限制。
为了克服这些问题，已经针对各种可穿戴应用引入了使用液态金属的液态电子器件。在这些材料中，Galinstan是镓，铟和锡的共晶金属合金，具有出色的机械和电气特性，可用于可穿戴应用。但是，当今基于液态金属的压力传感器具有低压灵敏度，限制了它们在健康监测设备中的适用性。
研究团队开发了一种3D打印的，集成了液态金属的，基于微金属的刚性微凸点阵列软压力传感器。借助3D打印，可以同时实现刚性微凸点阵列和液态金属微通道母模的集成，从而降低了制造过程的复杂性。与以前报道的基于液态金属的压力传感器相比，通过将刚性微凸块和微通道集成在一起，新的压力传感器具有极低的检测极限和增强的压力灵敏度。所提出的传感器在压力，弯曲和拉伸的10,000个周期内的信号漂移也可以忽略不计，并且在各种环境条件下均具有出色的稳定性。
这些性能成果使其成为各种健康监测设备的出色传感器。首先，研究团队展示了一种可穿戴的腕带设备，该设备可以在运动过程中连续监测自己的脉搏，并可以基于PTT计算在无创无袖带BP监测系统中使用。然后，他们推出了一种无线可穿戴式脚跟压力监测系统，该系统将三个3-D-BLiPS与一个无线通信模块集成在一起。
Park教授说：“使用我们建议的软压力传感器可以连续测量包括脉搏和血压以及身体部位压力在内的健康指标。我们希望将其用于医疗保健应用，例如预防和监测在不久的将来会出现压力驱动疾病，例如压疮。未来的研究机会将更多，包括与其他物理参数有关的全身压力监测系统。”