近年來，柔性壓力傳感器在監(jiān)測多種生理信號方面取得了顯著進(jìn)展，如血壓、脈搏波、血糖及血氧等。多數(shù)柔性壓力傳感器主要應(yīng)用于低于100 kPa的日常活動(dòng)監(jiān)測中。盡管許多傳感器可以實(shí)現(xiàn)中等壓力范圍內(nèi)的高靈敏度，但其性能往往依賴于壓力敏感層的垂直可壓縮性。受壓后，敏感層結(jié)構(gòu)會(huì)迅速致密化，導(dǎo)致靈敏度會(huì)極速降低至零。然而，在不受限的情景中，柔性傳感器還可能面臨如關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、足底壓力監(jiān)測以及胎壓監(jiān)測等壓力條件。因此，現(xiàn)有柔性壓力傳感器在超寬壓力檢測范圍內(nèi)保持高靈敏度仍面臨挑戰(zhàn)。

針對現(xiàn)有挑戰(zhàn)，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團(tuán)隊(duì)王學(xué)文教授課題組提出了基于應(yīng)變效應(yīng)的新型壓力傳感器，相關(guān)成果發(fā)表在Advanced Materials期刊。柔性電子研究院博士生李玥、西安市紅會(huì)醫(yī)院張維杰博士為本文的共同作者，黃維院士、王學(xué)文教授為共同通訊作者。

通過調(diào)整柔性超薄導(dǎo)電薄膜和應(yīng)變誘導(dǎo)微結(jié)構(gòu)的尺寸和模量差異，實(shí)現(xiàn)了超寬壓力檢測范圍內(nèi)靈敏度的正向增長。該傳感器在45 Pa至4.1 MPa的壓力范圍內(nèi)表現(xiàn)出穩(wěn)定的正電阻響應(yīng)；同時(shí)，區(qū)別于經(jīng)典壓阻效應(yīng)結(jié)構(gòu)，傳感器的靈敏度隨壓力增大由5.22 MPa-1增長至70 MPa-1。這一成果打破了柔性壓力傳感器在高靈敏度和廣泛壓力檢測范圍之間的制約關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了靈敏度和壓力檢測范圍的協(xié)同提升，為寬壓域柔性傳感器設(shè)計(jì)提供了新的思路。基于上述性能優(yōu)勢，研究團(tuán)隊(duì)將這一傳感器應(yīng)用在了膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中步態(tài)周期反饋監(jiān)測和接觸壓力特征捕捉等領(lǐng)域，協(xié)助醫(yī)生在膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中定量分析股骨脛骨壓力、平衡內(nèi)外側(cè)壓力分布并跟蹤股骨運(yùn)動(dòng)。這項(xiàng)技術(shù)通過柔性電子技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，為疾病預(yù)防、早期診斷和治療提供了更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和分析支持。該研究成果有望加速醫(yī)療設(shè)備的智能化升級，推動(dòng)數(shù)字醫(yī)療技術(shù)的普及，助力實(shí)現(xiàn)健康中國的目標(biāo)，推動(dòng)我國醫(yī)療服務(wù)向智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化方向進(jìn)一步邁進(jìn)。

來源：傳感器專家網(wǎng)