用于实时医疗监护和诊断的智能超细微纤维传感器

新加坡国立大学开发的新型微纤维传感器，其功能类似于导电线，具有高度的敏感性且超薄，其直径只有一根普通人头发粗细。本发明设计为耐用可洗，在可穿戴电子新兴领域具有广阔的应用前景。

来源：图片由新加坡国立大学提供

新加坡国立大学（NUS）的一个研究小组开发了一种柔软的、灵活的和可伸缩的微纤维传感器，用于实时医疗监护和诊断。这种新型传感器是高度灵敏的，超薄的，其直径只有一根普通人头发粗细。批量生产也很简单，且成本效益高。

可穿戴和柔韧技术近年来引起了人们极大的兴趣，导致了柔软的、可穿戴式传感器的巨大进步。随着这一趋势，使用导电液态金属的微流体装置已被越来越多地用作可穿戴的压力和应变传感器。然而，目前的装置有各种限制 - 例如，它们可能不适合皮肤或穿着不舒服。

“我们的新型微纤维传感器在皮肤上几乎感觉不到，并且非常适合皮肤弯曲，尽管是柔软细小的传感器，但它具有很高的灵敏度，并且具有优异的导电性和机械可变形性。我们已经采用这些传感器实时监测脉搏波形和绷带压力，结果非常有希望，“新加坡国立大学工程学院生物医学工程系的Lim Chwee Teck教授说到，他也是该研究小组的负责人。

实时监测脉搏波形

由NUS工程团队开发的智能微纤维传感器包括一个液态金属合金，作为传感元件，该液态金属合金封装在软硅胶微管中。传感器实时测量个体的脉搏波形，并且可以用这些信息来确定人的心率，血压和血管僵硬度。

“目前，只有病人来到诊所时，医生才能监测患者的心率和血压等生命体征，这需要心率和血压监测仪等多种设备，这些设备往往体积庞大，可能无法提供即时反馈。因为我们的传感器像导电线可以很容易地织成手套，医生可以穿戴手套来实时跟踪病人的生命体征，这样做方便了医护人员，节省了时间，而病人可以享受更多的舒适感，”Lim补充道。

微纤维传感器对于患有动脉粥样硬化的患者也是有益的，所述动脉粥样硬化是由脂肪条纹积聚引起的动脉增厚和僵硬。随着时间的推移，这些条纹会累积成斑块，这些斑块可能完全或部分地阻断血流，导致器官衰竭或可能引发心脏病发作或中风。

现有的检测血管中斑块的方法–例如计算机断层扫描和磁共振成像-需要昂贵和笨重的设备。这些测试需要由经过培训的医疗专业人员在医院完成。

由于斑块会改变血管的刚度，从而改变脉搏波形，因此NUS工程团队开发的新型传感器可以很容易地用于检测斑块，这种传感器能够在斑块积聚到足够大的尺寸以阻塞或破裂血管前检测出斑块。

今年年初，NUS的团队分别在科学杂志“Proceedings of the National Academy ofSciences（PNAS）”和“Advanced Materials Technologies”上发表了微纤维传感器的发展及其在脉搏监测中的应用。

绷带压力监测

智能微纤维传感器的另一个临床应用是用于治疗因血液循环不畅而引起的静脉性溃疡。当腿中的静脉不能将血液推回到心脏时，静脉性溃疡就会发生。由于静脉中的血存量，静脉中的压力增加，随着时间推移造成逐渐的皮肤损伤。

压迫疗法是静脉性溃疡的常见治疗方法。取决于溃疡的严重程度，必须在患者的腿上采用具有不同压力的绷带几个月至一年。如果绷带太紧，可能会造成组织损伤，但是如果绷带太松，治疗可能是无效的。目前，医护人员倾向于根据培训和经验来估算绷带在使用时的压力。

由于绷带提供的压力可能由于患者的移动而随着时间改变，因此对绷带压力的实时准确和连续的测量对于确保有效地愈合是重要的。

NUS工程团队的微纤维传感器超薄且高度灵活，可以很容易地编织成绷带，以监测传送和维护的压力。这可以潜在地提高治疗的有效性并减少愈合所需的时间。将来，患者还可以使用应用程序跟踪绷带压力，并且可以与远程监视治疗进度的医生共享信息。

目前该团队正在与新加坡综合医院合作，以测试微纤维传感器在绷带压力监测中的应用。

商业化和进一步研究

“我们的微纤维传感器具有很高的通用性，可用于各种应用，包括医疗监护、智能医疗假肢装置和人造皮肤。独特的设计使其耐用且可清洗，因此我们的新型发明对于可穿戴电子产品的新兴领域非常具有吸引力，”Lim教授说到。