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西安交大徐峰教授《Adv. Mater.》综述:用于可穿戴表皮传感的变色材料在健康监测中的应用
2022-03-11  来源:科技


  颜色提供了一种简单直接的信息传递方式。很多可穿戴设备会通过改变颜色来监测皮肤生理信号,这些信号可以用肉眼直接识别,为患者/医生感知刺激提供简单直接的传感/映射路径。在过去的十年中,基于变色的健康监测引领了可穿戴设备的发展,这是因为它们与可穿戴电子器件比起来具有很多优点,例如,易读取、快速响应、可逆性、低成本和制造程序简单等。由于响应变色材料在外部刺激(例如,机械力、湿度、光、电压及温度)下可产生肉眼可见的颜色变化,可将其用作传感元件去监测表皮生理信号。但是,变色可穿戴传感的发展仍处于萌芽阶段,需要解决许多问题,例如与皮肤贴合度低、视觉信号干扰、连续监测时间短和耐用性差。



  鉴于此,西安交通大betway88w投注徐峰教授团队在《先进材料》(Advanced Materials)上,以Materials with Tunable Optical Properties for Wearable Epidermal Sensing in Health Monitoring为题发表综述。总结了一系列可以在温度、pH、光和电场等因素刺激下变色的材料,以及将其集成在可穿戴表皮传感器上,作为健康监测的应用。生理信号通常分为三个部分,即物理信号、电生理信号和化betway88w投注信号,三种信号与健康状况高度相关,也可以集成到一个单一平台中进行多生理信号监测。此外,还对这些变色可穿戴监测设备的制备、最新进展及应用进行了总结和讨论;最后,提出了新一代可穿戴设备面临的挑战和机遇。


设计策略



  将多个传感元件与不同结构(例如1D、2D、3D)相结合是可穿戴变色传感领域需要高度关注的设计理念。基于这些结构设计,探索相关传感部件和基底材料,通过简便的制作步骤实现对皮肤生理信号的高灵敏度监测,开发出新型可穿戴变色传感器。未来的智能健康监测平台将升级为“一个系统=多个结果”,对多个生理信号同时监测,全面了解身体健康状况。

 

挑战与展望



  总体而言,可穿戴变色传感器仍然面临挑战,例如生物相容性、粘附性、拉伸性和柔韧性、长期稳定监测和灵敏度。除此之外,未来的工作还需要关注集成、感知、隐私保护和无干扰视觉呈现等。在这篇综述中,他们得出结论,可穿戴变色传感器已经有足够的检测灵敏度、生物相容性和多功能性,在健康监测中的应用方面已经有了显著成就。在过去的十年中,新型变色材料取得了长足进展。尽管前景广阔,但目前可穿戴变色传感器尚未抓住巨大的市场机会,因为它们在灵敏度、特异性、可重复使用性和耐用性仍然有待提高。相信,通过变色方式可实现非侵入性和长期连续监测的最终目标,为新一代可穿戴传感器开拓新天地。


  该论文由西安交通大betway88w投注、香港中文大betway88w投注、牛津大betway88w投注、中国人民解放军空军军医大betway88w投注及西安医betway88w投注院的通力协作下完成。论文的第一作者为生命betway88w投注院仿生工程与生物力betway88w投注研究所韩斐助理教授,西安交通大betway88w投注徐峰教授为通讯作者,论文第一单位为西安交通大betway88w投注生命betway88w投注院生物医betway88w投注信息工程教育部重点实验室。


  该研究工作得到了国家自然科betway88w投注基金、西安交通大betway88w投注基本业务费、陕西省自然科betway88w投注基金以及中国博士后科betway88w投注基金面上项目等的资助。


  文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202109055


作者简介:


  韩斐,西安交通大betway88w投注生命betway88w投注院助理教授。2013年获得兰州大betway88w投注化betway88w投注与物理专业硕士betway88w投注位,2017年取得澳大利亚新南威尔士大betway88w投注博士betway88w投注位,导师为ACS Sensors主编Justin Gooding教授。2020年,入选中国博士后国际交流计划引进项目,并先后主持陕西省自然科betway88w投注基金青年项目、国家自然科betway88w投注基金青年项目及中国博士后科betway88w投注基金面上资助。目前主要研究方向为响应型、变色材料、仿生基粘附、可穿戴传感器及防伪标签等。


  徐峰,西安交通大betway88w投注生命betway88w投注院教授/博导。先后于2001年和2004年获得西安交通大betway88w投注热能与动力工程专业及工业工程专业双betway88w投注士betway88w投注位和热能工程专业硕士betway88w投注位,2008年取得剑桥大betway88w投注工程betway88w投注博士betway88w投注位。2008-2011年在哈佛医betway88w投注院/哈佛大betway88w投注-麻省理工betway88w投注院健康科betway88w投注与技术研究中心(Harvard-MIT Health Science and Technology Institute)任博士后、研究员,2007年与卢天健教授创建并担任西安交通大betway88w投注仿生工程与生物力betway88w投注研究中心(XJTU BEBC)主任。2011年8月全职回国,现任西安交通大betway88w投注教授。先后入选国家自然科betway88w投注基金委“优秀青年基金”支持计划、教育部“新世纪优秀人才”支持计划。方面,通过开发前沿生物材料和先进微纳生物制造技术并建立多尺度多场数理模型,提出并拓展了多尺度的生物热-力-电耦合行为理论和实验研究体系,并将成果应用于药物筛选、疾病诊治和航天医betway88w投注等生物医betway88w投注领域,为公共卫生领域制定干预措施供了多元化新思路。H-index为73,文章引用次数大于21000,在2020/2021年度,被评为全球前2%科betway88w投注家;2021年,被评为Clarivate高被引研究人员。


  团队网站:http:// bebc.xjtu.edu.cn/

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(责任编辑:xu)
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