基于柔性传感器的可穿戴健康检测系统

可穿戴或可连接健康监测智能系统被认为是下一代远程医学实践的个人便携设备，是具有实时跟踪生理信号能力的健康监测系统，这些信号与身体状况密切相关，如心率、脉搏、体温、血压眼压和血液汗液等生物信息。监测这些生物信号为疾病诊断和健康评估提供了一种方便和无创伤的方法。本文综述了用于可穿戴/连接健康监测系统的柔性传感电子学的进展。同时，提出了不同的材料的构造和柔性传感器的概述并包括压阻、压电、电容和场效应晶体管器件和分析生理信号监测的工作原理。通过便携式、可穿戴、远程诊断方法和革命性的医疗器械，以及时的特点将改变传统的诊断方式。

可穿戴连接健康监测的柔性电子系统，如图1所示：

图1

柔性并具备可拉伸性的可穿戴健康监测传感电子是复杂的集成系统，其代表的组成结构为：（1）柔性和有拉伸性的基底，（2）导电电极，（3）传感材料，（4）封装。在材料科学与工程学中为了实现器件的柔性和可拉伸性，大多采用两种方式，如图2所示。

图2

柔性基底

基底材料在器件结构中起着巨大的作用，在聚合物材料的基底中，聚酰亚胺（PI）是一种柔韧性良好，可拉伸性高，可耐较高温度，也耐弱酸、弱碱以及常用的有机溶剂。但PI基底为黄色，透明度不高。相比之下，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）的透明度能达到85%以上，但同样也具有不足之处，可耐温度较低，也容易渗透水和氧气。纤维和纺织品是非常理想的可作为可穿戴电子产品基底的材料，因为纺织品是最接近人类皮肤的绿色材料，被认为是人类的第二皮肤。聚二甲基硅氧烷（PDMS）也是一种已被广泛应用在柔性/可拉伸性的基底材料，其具有良好的生物相容性和内在具有的高伸缩性（≈100–1100%），如图3所示：

图3

导电电极和传感材料

导电电极和传感材料对于嵌入柔性基底上制作器件来说都是很关键的一部分，对于传统材料来说，如Au、Pt和铟锡氧化物（ITO）都可以作为高灵敏度柔性传感器的电极材料，然而，它们的刚性和脆性限制了在柔性方面的应用。纳米线和碳纳米管由于其透明、有弹性、电性能稳定和耐用的特性是被认为最有前途的代替传统材料。

半导体聚合物和纳米线在柔性电子应用中被证明是有希望的传感材料。聚苯胺（PANI）等聚合物，聚吡咯（PPy），聚（3-己基噻吩）（P3HT）和聚（3,4-乙撑二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT：PSS）

本文还着重介绍了几种传感器。如压电/压阻式压力/应变传感器（图4）、电容式压力/应变传感器（图5）、柔性压力场效应管/应变传感器（图6）、用于监测生理信号的柔性传感器（图7、图8、图9、图10）

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

在这篇综述中，总结了柔性传感电子技术的最新进展，以及其在可穿戴连接健康监测设备的应用。就理论和实验数据系统规划方面而言，我们报道了的各种用于不同类型和配置灵敏的传感电子器件（压阻、压电晶体管，电容，和场效应器件）和材料（聚合物、有机和无机纳米材料等）。

参考文献：

Flexible Sensing Electronics for Wearable/Attachable Health Monitoring   Xuewen Wang, Zheng Liu, and Ting Zhang* 

转发此篇文章请标明出处