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人体运动供能无线可穿戴汗液传感平台


人体运动供能无线可穿戴汗液传感平台
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新兴的可穿戴技术的深入研究 ， 使得个性化实时性的医疗健康监测成为可能 。 在众多生理信号之中 ， 蕴含复杂生理信息的汗液成为了人体无创连续传感的潜在分析目标 。 考虑到能耗是影响汗液传感的关键因素 ， 而其应用场景又通常与剧烈运动紧密相连 ， 采集运动过程中的机械能 ， 用于供能汗液传感平台 ， 为实现健康状况无线追踪提供了一种去电池化的解决方案 。
最近 ， 加州理工学院高伟 (Wei Gao) 教授研究团队采用一体式柔性电路板加工技术 ， 实现了自由式摩擦纳米发电机与柔性电路模块的集成制备 ， 配合电化学传感单元 ， 在高效采集人体运动能的同时 ， 实现汗液中多项生物信息的原位监测与蓝牙无线传感 ， 该研究成果以“Wireless battery-free wearable sweat sensor powered by human motion”为题 ， 于北京时间9月30日发表于Science Advances ， 为全集成自供能可穿戴传感研究提供了新的研究思路 。
人体运动供能无线可穿戴汗液传感平台
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研究人员采用柔性电路板加工策略 ， 将自由式摩擦纳米发电机与低功耗能量管理电路集成于单片柔性印制电路板 ， 并与带有微流体结构的柔性电化学传感单元相配合 ， 得到无电池的、完全自供能的柔性汗液传感平台 。 其中 ， 能量采集模块与电路管理模块的设计与加工策略与商用电路板制备工艺相兼容 ， 能够实现批量化大规模生产 。 该平台可以高效采集人体运动中的机械能并转化为电能 ， 驱动电化学传感单元稳定工作 ， 实现汗液中生物标志物（如pH、钠离子）的无线信号传输与动态指标监测 。
人体运动供能无线可穿戴汗液传感平台
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用于无线非侵入式健康监测的运动供能可穿戴汗液传感系统
摩擦纳米发电机采用自由滑层工作模式 ， 将梳齿状电极与栅格状滑动层相配合 ， 实现单次滑动过程中的倍频信号采集 ， 通过并联结构设计增强器件输出性能 ， 展示出优异的机械鲁棒性与循环稳定性 。 摩擦纳米发电机将采集到的人体运动机械能转换为电能后 ， 通过能量管理模块 ， 配合运算放大器以及集成蓝牙无线模块的微处理器 ， 实现外部传感信号的有效采集与高效传输 ， 并展示出长时间连续可靠工作的能力 。
人体运动供能无线可穿戴汗液传感平台
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用于高效采集人体运动能的柔性能量采集与管理模块
【人体运动供能无线可穿戴汗液传感平台】考虑到电位型传感单元功耗较低且只需间歇性读取电位信号 ， 选择与人体代谢密切相关的pH以及钠离子作为研究对象 ， 通过离子选择性电极制备 ， 实现特定离子的准确可靠传感 。 进一步配合多层微流体结构得到柔性电化学传感单元 ， 实现汗液的连续采样与动态更新 。 最终 ， 将自供能汗液传感平台贴附于身体侧边 ， 在跑步运动过程中 ， 有效采集机械能并驱动电化学传感单元进行动态响应 ， 将生理信息无线发送至手机后端 ， 实现汗液pH与钠离子的持续性有效监测与实时性预警分析 。 这种面向健康监测的自供能闭环传感平台的搭建 ， 在辅助医疗和运动管理等领域展现出广阔的应用前景 。
人体运动供能无线可穿戴汗液传感平台
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自供能汗液传感平台用于无线动态汗液分析
论文通讯作者高伟教授近年来致力于柔性电子、可穿戴设备和生物医学纳米机器人方面的研究 ， 在《自然》、《自然?生物技术》、《科学?机器人》、《科学?进展》、《自然?通讯》、《美国国家科学院院刊》等期刊发表论文近百篇 ， 总引用超过13000次 ， 高引用次数(H-index) 为58 。


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