面對(duì)臨床試驗(yàn)和臨床護(hù)理中各種各樣的復(fù)雜問題，個(gè)性化的醫(yī)療解決方案非常重要。目前，常用的方法集中于電子皮膚，但其基于多種材料、功能組件和層集結(jié)構(gòu)，制備工藝復(fù)雜，尤其對(duì)高端潔凈室微細(xì)加工技術(shù)要求較高，受到一定限制。因此，開發(fā)成本低廉、一次性、家用的個(gè)性化健康可穿戴設(shè)備，將有望改變現(xiàn)有醫(yī)療市場。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，英國謝菲爾德大學(xué)（The University of Sheffield）一支研究團(tuán)隊(duì)從傳統(tǒng)指甲花紋身藝術(shù)中汲取靈感，提出一種簡單的設(shè)計(jì)策略，直接在棉紡織手套上3D打印生物電子傳感器，構(gòu)建出可用于監(jiān)測(cè)手部功能的集成式多模態(tài)傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備良好的功能性和穩(wěn)定性，可用于手部功能的家庭監(jiān)測(cè)，同時(shí)在一系列神經(jīng)和肌肉骨骼疾病監(jiān)測(cè)中也具有潛在應(yīng)用。相關(guān)研究成果已發(fā)表于Flexible and Printed Electronics期刊。

該傳感器由低成本的石墨片和硅膠組成的導(dǎo)電復(fù)合材料制成，通過調(diào)整石墨負(fù)載和傳感器結(jié)構(gòu)，可制備出功能性肌電信號(hào)（EMG）、應(yīng)變和壓力傳感器。之后將這些傳感器直接打印在可拉伸的棉紡織手套上，使其以最適合佩戴者手的方式排列，用作監(jiān)測(cè)手部功能的集成式多模態(tài)系統(tǒng)。

基于3D打印傳感器的多模態(tài)手部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制備過程

該多模態(tài)手部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所集成的傳感器材料與性能各異，其中，壓阻式應(yīng)變傳感器由45 wt%的導(dǎo)電復(fù)合材料制成，在手套上的打印位置大致對(duì)應(yīng)于拇長伸肌腱的位置，能夠精準(zhǔn)檢測(cè)拇指的腕掌關(guān)節(jié)角度（拇指彎曲/伸展）。電阻式壓力傳感器將物體形變的法向力轉(zhuǎn)換為電阻變化，可檢測(cè)超過30N的力，且可以響應(yīng)慢速和快速擠壓。EMG電極需要具備低阻抗，因此選用了50 wt%的導(dǎo)電復(fù)合材料，從而確保當(dāng)EMG電極集成在手套進(jìn)行各種手勢(shì)時(shí)，可與皮膚良好接觸。

應(yīng)變、壓力和EMG傳感器的表征

研究人員進(jìn)一步驗(yàn)證了該集成式多模態(tài)智能手套的性能，展示了其同時(shí)記錄拇短展?。ˋPB）肌肉的捏力、拇指運(yùn)動(dòng)和EMG信號(hào)的讀數(shù)，經(jīng)驗(yàn)證，這些信號(hào)在多個(gè)穿脫周期內(nèi)都表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

用于手部功能監(jiān)測(cè)的集成式多模態(tài)智能手套

該集成式多模態(tài)智能手套的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)制造非常簡單，且成本較低，可以作為跟蹤疾病進(jìn)展或損傷的家用個(gè)性化健康監(jiān)測(cè)設(shè)備。該制備技術(shù)還可以輕松應(yīng)用于其它電子紡織品，例如襪子、頭帶或者臂章等，加上其可定制的潛力，有望不斷改善用戶體驗(yàn)并實(shí)現(xiàn)更全面的家庭健康監(jiān)測(cè)。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1088/2058-8585/ac7dd1

審核編輯 ：李倩