电子产品世界

　　7. Sci. Adv.：类皮肤柔性电子器件实现医疗级无创血糖监测

　　糖尿病已经成为威胁现代人健康和生命的重大慢性疾病。2015年全球共有超过4亿糖尿病患者，中国糖尿病患者人数超1亿，位居全球首位。通过“扎手指”取血测量血糖的方法具有一定的疼痛感，影响糖尿病病人的生活质量和自我监测长期依从性。目前的无创连续血糖监测方法无法直接测量血液中葡萄糖，在准确性、便利性以及完全无创性等关键问题上仍未突破。近日，来自清华大学的冯雪教授(通讯作者)等人在Sci. Adv.上发表了一篇关于无创血糖监测的文章。该工作利用类皮肤柔性传感技术建立了新的无创血糖测量医学方法，为解决无创血糖动态连续监测提供了一条新途径，实现了医学意义上在人体皮肤表面的无创血糖测量，并具有医疗级精度。相关内容被《科学进展》媒体团队(Science Advances Press Package Team)推荐给《纽约时报》《华尔街日报》《经济学人》等国际知名媒体。12月21日，国际电气与电子工程师协会(IEEE)的旗舰出版物《科技纵览》(IEEE Spectrum)对该论文率先进行了专题报道，来自普渡大学和青少年糖尿病研究基金会 (JDRF)的研究人员给予高度评价。冯雪教授的研究团队结合多年的可延展柔性电子器件研究经验，发展了基于力学-化学耦合原理的电化学双通道无创血糖测量方法，利用可以与人体自然共型贴附的柔性电子器件，对皮肤表面施加不会引起皮肤不良反应的电场，通过离子导入的方式改变组织液渗透压，调控血液与组织液渗透和重吸收平衡关系，驱使血管中的葡萄糖按照设计路径主动、定向地渗流到皮肤表面。基于力学原理在1.2微米厚的薄膜上制备了具有四层功能层的类皮肤生物传感器。通过制备器件表面微结构实现了纳米级厚度的电子介体电化学沉积，利用基于液体表面张力和蒸发毛细力的仿生液滴转印方法，将多层超薄生物传感器从制备基底上无损地剥离下来，实现整体厚度只有3.8微米的类皮肤柔性生物传感器的制备。

　　8. Adv. Mater.：诊断心血管疾病的自驱动脉博传感器

　　心血管疾病是全球目前导致死亡率最高的疾病之一。长久以来心血管疾病患者一直饱受恐惧和折磨。幸运的是，目前90%的心血管疾病可以通过长期的与心血管系统相关的生理信号检测得到预防。目前用于的生理信号原位监测的器件质量和性能参差不齐，虽然可以达到一定的效果，但设备无法长久使用需要定期更换供电系统。尤其是设备小型化导致的电源供应的减少让灵敏度和功耗之间的矛盾愈加突出。相较于目前大量的研究工作聚焦于寻求功耗与灵敏度之间的平衡，自驱动主动式传感技术的提出为解决这一矛盾提供了新的方案，它可以将机械振动信号直接化为电信号从而解决功耗和灵敏度的矛盾，实现无功耗高灵敏度的自驱动传感。中科院北京纳米能源与系统研究所李舟研究员(通讯作者)和王中林院士(通讯作者)领导的联合科研团队，与北京安贞医院和朝阳医院范一帆(通讯作者)、孙广龙两位心血管疾病专家合作开展研究工作，共同研发出无需信号放大就可蓝牙传输、针对心血管疾病进行预警和诊断的自驱动超高灵敏脉搏传感器(SUPS)。SUPS是基于摩擦发电的主动式传感器，可输出电压1.52V，具有很高的峰值信号与噪声比(45dB)，是医用光电传感器的10倍，在工作一千万次循环后仍有很好的输出特性，且制备成本很低，只有医用光电传感器的1/5。SUPS相比传统的需要供电的PPG(光电脉搏传感器)、PPT(压电脉搏传感器)等脉搏传感器，能够获得更多的脉搏波的细节信号。SUPS输出的脉搏波形信号与传统设备所获取信号的二阶导数成正比，这使得我们在无需额外复杂电路设计或逻辑运算的情况下便可很容易分析脉搏信号。SUPS输出电压高，无需信号放大器就可以和蓝牙芯片一起集成，可实现脉搏信号的无线传输，并实现在智能手机/电脑上的可视化显示与分析。利用该脉搏传感系统，研究人员对健康成人组和一系列患者组进行了对比试验，成功的实现了对心律失常(房颤)的提示性诊断及对冠心病、房间隔缺损的鉴别性诊断。SUPS有望在未来实现心血管疾病的自驱动可穿戴智能移动诊断。

　　9. Nat. Nanotech.： 由长尾玻璃翼蝴蝶为医疗设备设计的多功能双光子纳米结构

　　据调查发现，估计有8-10%的美国人(5-6%在其他发达国家)在他们的一生中，都需要依靠植入的医疗设备来维持身体机能。因此，开发医疗植入技术的努力一直在增加。然而，对这些努力的一种主要挑战是，要求在严格限制的范围内具有多种功能，同时必须确保在体内性能和可靠性能方面可以接受。工程多功能表面的灵感通常来自于自然界，它拥有大量的纳米结构，具有广泛的理想特性。在自然界中，许多活的生物体都拥有能够为生存提供颜色和其他多种功能的光子纳米结构。虽然这些结构已经在实验室中进行了积极的研究和复制，但目前尚不清楚它们是否可以用于生物医学应用。近日，美国加州理工学院的Hyuck Choo教授和加利福利亚大学的David Sretavan教授(共同通讯作者)等报道了一种透明的双光子纳米结构，它受到长尾玻璃翅蝴蝶(Chorinea faunus)的启发，并展示了它在体内的眼压(IOP)传感器的使用。利用两种非混相聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯)相分离，在Si3N4基质上形成纳米结构的特征。因此形成的膜具有良好的角质性白光透射性、强亲水性和抗生物活性，防止蛋白质、细菌和真核细胞粘附。并且，他们用制备的光子膜作为光学传感元件，研制了一种微型的植入式IOP传感器。最后，通过在新西兰白兔体内进行的活体检测，表明制备的设备在没有炎症迹象的情况下，降低了IOP的平均测量偏差。

　　10 . Nature Communications：可拉伸扩展的多功能集成电子皮肤

　　人体皮肤是一个活跃、非常敏感和高弹性的感觉器官，主要承担着保护身体、排汗、温度调节、感知冷热和压力等功能。人体躯体感觉系统能够通过皮肤中的触觉、温度、痛觉等感受器将外界环境刺激转化为电脉冲信号，经过神经通路传导至神经中枢，从而使皮肤获得触觉、痛觉等感觉功能。基于皮肤这种多功能生物模型，科学家们开展了一门新兴学科研究——触感电子学(俗称“电子皮肤”，Electronic skin， E-skin)，用来模仿皮肤的感觉功能如触觉、温度感知等功能。目前，电子皮肤是在柔性或弹性基底上制作具备探测压力、温度或其他刺激的传感器及阵列，能够感知周围环境中的多种物理、化学、生物等信号，将有助于开发新型人机接口、智能机器人、仿生假肢等智能化系统。电子皮肤的重要发展趋势是：多功能化以及多重刺激同步监测。近日，来自中国科学院北京纳米能源与系统研究所潘曹峰研究员、王中林院士的研究团队报道了一种柔性可拉伸扩展的多功能集成传感器阵列，成功地将电子皮肤的探测能力扩展到7种，实现了温度、湿度、紫外光、磁、应变、压力和接近等多种外界刺激的实时同步监测。

　　总结与展望

　　随着社会经济的飞速发展，诸多领域对所使用的材料提出了越来越高的要求， 考虑到大多数可穿戴系统，医疗保健电子和实验室芯片测试工具都可以接触到任意弯曲的接口，传感器的灵活性对于改善其与目标系统的相互作用以及提高可靠性和稳定性至关重要的测试。因此，灵活的传感器对于诸如医学，医疗保健，环境和生物学等领域的各种创新应用非常有希望。因此本课题将以当下热门的石墨烯基柔性传感器领域为切入点，在追求高性能目标的同时，通过对其组分和结构设计赋予其特征信号响应的功能。然而无论是传统的传感材料或是环境响应材料投入到实际应用中仍然存在诸多问题，主要有以下几点：

　　(1)目前制备传感器件的柔性基底少，电学与力学性能无法满足使用需求。

　　(2)多层结构的传感器件在柔性状态下界面不稳定，影响传感器件的性能。

　　(3)功能单一的传感器件往往无法满足实际，功能单一和智能化程度低。

关键词： 传感器

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