改进超薄网眼的可穿戴医疗传感器

皮肤上医疗传感器和可穿戴健康设备是重要的医疗保健工具，必须具有令人难以置信的灵活性和超薄性，以便它们可以与人体一起移动。此外，该技术必须承受弯曲和拉伸，并且需要透气以防止刺激和不适。这些器件的另一个重要安全特性是所需的过热保护电路。这可以防止设备过热并灼伤佩戴者。为这些传感器开发的任何新技术都必须满足这些需求。

在最近的一篇论文中，研究人员展示了如何使用超薄纤维网来构建称为热敏电阻的传感器的重要组成部分。热敏电阻是一种电阻，其电阻随温度而显着变化。

该论文于9月4日在线发表在《高等科学》杂志上。

“需要过热保护电路，以避免在柔性设备运行期间燃烧生物组织。其中一个候选者是聚合物正温度系数(PTC)热敏电阻，它在狭窄的温度范围内电阻会大大增加，“日本信州大学电气与计算机工程系助理教授KchihiroOkutani说。

“对于应用于皮肤医疗传感器的这种热敏电阻，它们必须是可拉伸的，并且可以弯曲到几百微米。然而，制造一种热敏电阻仍然是一个挑战，当包裹在弯曲半径小于1mm的针上时，其温度特性不会恶化。

对于这项技术来说，能够缠绕在针头上是很重要的，因为有时传感器在使用时会连接到针或导管上。为了实现这一点，热敏电阻需要超薄。研究人员使用一种称为静电纺丝的技术来制造超薄网状聚合物PTC热敏电阻。静电纺丝使用电来制造微小的纤维。纤维可以由不同的材料制成，但在这种情况下，研究人员使用了复合材料的溶液。

然后对新设计的热敏电阻进行测试，以确保其实现与现有技术相似的性能。与典型的薄膜型热敏电阻一样，网状聚合物PTC热敏电阻的电阻增加了三个数量级，这是防止过热和烧伤的重要特性。

通过使用网格结构，热敏电阻还实现了透明度，这可以帮助传感器融入皮肤和透气性。气体渗透性是必要的，因为它可以防止刺激和不适。“我们还演示了包裹在280微米针上的热敏电阻的操作，方法是在1.4微米的超薄薄膜上制造纤维，”Okutani说。

即使使用这种纤维层(用于提供网状结构和额外的热感测)，热敏电阻仍然非常薄。这很重要，因为任何可穿戴医疗设备都必须能够承受弯曲，并且当设备变薄时，应力较小。

虽然这种热敏电阻技术很有前途，但还需要做更多的研究，以使其成为市场上当前热敏电阻技术的可靠替代品。网状热敏电阻由于其导电路径数量有限而具有高初始电阻值。研究人员提出，减少网格中纤维之间的间距或增加使用的电极数量可以解决其中一些问题，但还需要进行额外的测试。

“我们的下一步是开发热敏电阻的实际应用。我们相信，超柔韧性和透气性热敏电阻可以作为皮肤或植入式设备的过热预防组件，使柔性传感器操作更安全，更可靠，“Okutani说。

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