东南大学研发可监测人体脉搏的双层石墨烯传感器

成果简介

在日常活动中实时连续获取身体脉搏信号对心血管疾病的诊断和医疗系统具有重要的临床意义。本文，东南大学Yongzhi Sun等研究人员在《Adv Mater Technol》期刊发表名为“Wearable Strain Sensor Based on DoubleLayer Graphene Fabrics for RealTime, Continuous Acquirement of Human Pulse Signal in Daily Activities”的论文，研究提出一种基于氧化石墨烯(rGO)织物/泡沫胶带/ rGO织物结构的新型可穿戴应变传感器，该传感器可在日常活动中实现对人体脉搏信号的实时，连续监控。

设计并制造了带有两个rGO织物传感组件的可穿戴设备：直接附着在皮肤表面的下方rGO织物获得人类日常活动和脉搏的叠加信号，而上方rGO织物只能获得人类日常活动的信号。因为两个rGO织物组件之间的泡沫基材会阻止上rGO膜对微弱脉冲拍的响应。过对两个信号模块的比较，可以对叠加信号中的人体日常活动信号进行标记，并进一步进行波段消除通过滤波方法，可以得到日常活动中的脉搏信号。这种可穿戴式传感器能够在食指弯曲、中指弯曲、手腕屈伸、握拳和手指连续屈伸等不同频率的日常活动中监测人体脉搏信号，为日常活动中的脉搏监测提供了一种很有前景的解决方案。

图文导读

图1、基于rGO织物/泡沫带/ rGO织物结构的可穿戴应变传感器的制造过程示意图。

图2、a，d)织物的照片和立体显微镜图像;b，e)GO涂层织物;c，f)rGO涂层织物;g–i)rGO涂层织物的SEM图像。

图3、a)rGO织物的响应曲线，用于重复将传感器从100毫米弯曲到85毫米而施加的应变。b)rGO织物的归一化电阻变化，应变从ε= 0%到1.01%。c)在各种应变下，rGO织物的归一化电阻变化。

图4、a)附着在人手腕上以检测脉冲信号的单层rGO织物传感器的照片;

b，c)传感器的标准化电阻变化，用于监测22岁健康男性运动前后的脉搏率。

图5、基于两层rGO织物的应变传感器的归一化电阻变化，用于监测22岁健康成年人在不同运动下的脉搏率(黑线和红线是上下rGO织物的电阻变化

图6、基于两层rGO织物的应变传感器的标准化电阻变化，用于监测22岁健康成人连续食指弯曲时的脉搏率

小结

在这项工作中，开发了一种基于rGO织物/泡沫胶带/ rGO织物结构的可穿戴式应变传感器，用于在日常活动中实时，连续地采集人体脉搏信号。rGO织物是通过滴涂法制成的，并用作应变传感层。这项研究为可穿戴式脉搏传感器的设计和制造提供了新的视野，所提出的可穿戴式传感器有望在连续的日常活动中监测人体脉搏信号。