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  目前，心血管疾病已經(jīng)逐漸成為威脅全世界人類健康的最主要因素之一，慢性心血管疾病由于病發(fā)時(shí)間較短，病人大多數(shù)時(shí)間都是健康狀態(tài)，常規(guī)心電檢測(cè)很難捕獲心血管突發(fā)性的異常，因此很難做到入院監(jiān)護(hù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與信息化的不斷進(jìn)步，發(fā)展基于遠(yuǎn)程醫(yī)療的家庭和個(gè)人監(jiān)護(hù)，降低入院監(jiān)護(hù)治療的成本，具有重要的社會(huì)意義。在遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，能夠起到實(shí)時(shí)生理監(jiān)測(cè)作用的可穿戴式電子設(shè)備是將人體健康狀態(tài)可視化的關(guān)鍵部分，研發(fā)具有高靈敏度，高穩(wěn)定性，高便捷性與長(zhǎng)時(shí)效性的實(shí)時(shí)生理健康監(jiān)測(cè)裝置也是推動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展的關(guān)鍵所在。

  中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所李舟研究員的科研團(tuán)隊(duì)致力于自驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)的相關(guān)研究，在前期系列研究成果的基礎(chǔ)上（Semiconductor Science and Technology, 2017, 32(6): 064004.; Advanced Materials, 2017, 29(40): 1703456.; Journal of Materials Chemistry B, 2020, 8(16): 3647-3654.），近期在該研究方向取得了新進(jìn)展，開發(fā)了一種基于壓電和摩擦電復(fù)合效應(yīng)的柔性自成拱貼片式生物傳感器（SANG），相關(guān)成果以“A flexible self-arched biosensor based on combination of piezoelectric and triboelectric effects”為題發(fā)表在Applied Materials Today（DOI: 10.1016/j.apmt.2020.100699）上。

柔性自成拱生物傳感器的結(jié)構(gòu)及制備原理示意圖

  納米發(fā)電機(jī)可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，無需外部電源，可作為主動(dòng)式傳感器，特別適合用于檢測(cè)人體的生理信號(hào)，如脈搏等。傳統(tǒng)的帶有支撐結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)，大多使用墊片或者彈簧作為支撐結(jié)構(gòu)，這可能會(huì)增加器件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與制造難度，影響器件的穩(wěn)定性和耐久性。該工作中，巧妙地利用了工業(yè)制造中常見的復(fù)合材料間的應(yīng)力不匹配現(xiàn)象，將其用于形成天然的拱形結(jié)構(gòu)，來替代傳統(tǒng)摩擦納米發(fā)電機(jī)中的支撐結(jié)構(gòu)，大大簡(jiǎn)化了制備工藝，并一定程度上提高了器件的穩(wěn)定性與耐久性。這種自成拱結(jié)構(gòu)的形貌可以通過調(diào)節(jié)兩種高分子材料（聚二甲基硅氧烷PDMS與鉑催化硅橡膠Ecoflex）的質(zhì)量比來輕松調(diào)控，以適配相應(yīng)的傳感器結(jié)構(gòu)。在與摩擦電單元和壓電單元相結(jié)合后，這種復(fù)合式的柔性自成拱貼片式生物傳感器SANG被證明可用于人體的脈搏生理信號(hào)監(jiān)測(cè)，所獲取的脈搏信號(hào)具有良好的穩(wěn)定性與足夠的強(qiáng)度，可以清晰地分辨出男女脈搏信號(hào)間的差異。

  該工作為生理信號(hào)傳感器，特別是微機(jī)械信號(hào)傳感器的制備提供了一種新思路，大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的加工制備工藝，為批量化生產(chǎn)生理信號(hào)傳感器帶來了可能，有望推動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)的進(jìn)一步發(fā)展。本文第一作者為中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所博士生鄒洋和上海電力大學(xué)碩士生廖靜文；通訊作者為中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所李舟研究員、上海電力大學(xué)鄭莉教授和北京航空航天大學(xué)石波璟特聘副研究員。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apmt.2020.100699

  原文下載：A flexible self-arched biosensor based on combination of piezoelectric and triboelectric effects