研究人员开发可穿戴低成本传感器来测量皮肤水分

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朱勇 勇_zhu@ncsu.edu 919.513.7735

约翰Muth muth@ncsu.edu 919.513.2982

马特希普曼 马特_shipman@ncsu.edu 919.515.6386

北卡罗来纳州立大学的研究人员已经开发出一种可穿戴式无线传感器，它可以监测人的皮肤水合作用，以便在需要检测脱水之前应用于健康问题。该设备是轻量级的，灵活的和可伸缩的，已经被纳入原型设备，可以戴在手腕上或作为胸部补丁。

约翰·穆特说:“从军事人员到运动员再到消防队员，每个人在训练或实战中都因热应激而面临健康问题的风险，而定量测量一个人的水分含量是很困难的。”他是北卡罗来纳州立大学电子和计算机工程教授，也是描述这项工作的一篇论文的共同通讯作者。

北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授朱永(音译)是这篇论文的通讯作者之一，他说:“我们已经开发出一种技术，可以实时跟踪个人皮肤的水分状况。”“我们的传感器可以用来保护在炎热条件下工作的人们的健康，提高运动表现和安全性，并跟踪老年人或患有各种疾病的病人的水分摄入情况。”它甚至可以用来判断护肤品对化妆品的保湿效果。”

该传感器由两个电极组成，电极由含有导电银纳米线的弹性聚合物复合材料制成。这些电极监测皮肤的电特性。因为皮肤的电特性会根据个人的水合程度以可预测的方式变化，电极的读数可以告诉皮肤的水合程度。

在实验室测试中，研究人员使用定制的人造皮肤，其水合程度范围很广，他们发现可穿戴传感器的性能不受环境湿度的影响。这种可穿戴传感器的精确度和一种大型的、昂贵的、商业化的水合监测仪一样，后者的工作原理相似，但使用的是刚性棒状探头。

研究人员还将传感器整合到两种不同的可穿戴系统中:一块手表和一块可以戴在胸部的粘合贴片。手表和补丁都可以将传感器数据无线传输到一个程序中，该程序可以在笔记本电脑、平板电脑或智能手机上运行。这意味着数据可以由用户或指定的第三方监控——例如医院环境中的医生或军事环境中的军官。

而且，传感器相对便宜。

姚姗姗博士说：“我们测试的商用显示器价格超过8000美元。”。北卡罗来纳州学生，论文主要作者。”我们的传感器成本约为1美元，而我们开发的可穿戴系统的整体制造成本只不过是一个普通的可穿戴设备，比如Fitbit。”

报纸上说一种具有共形纳米线电极的可穿戴式水合监视器，发表在该杂志上高级保健材料．该论文由北卡罗来纳州立大学的博士生Amanda Myers和Abhishek Malhotra共同撰写;林飞燕(Feiyan Lin)，曾就读于北卡罗来纳州立大学(NC State)研究生;阿尔珀·博兹库尔特(Alper Bozkurt)是北卡罗来纳州立大学电子和计算机工程副教授。

该项工作由美国国家科学基金会资助，该项目由NC国家资助项目ECE-116083资助。

-船夫-

编辑注意：研究摘要如下。

“适形纳米线电极可穿戴式水合监测仪”

作者：姚姗姗、阿曼达·迈尔斯、阿披谢克·马尔霍特拉、林飞燕、阿尔珀·博兹库尔特、约翰·F。穆斯和雍竹，北卡罗来纳州立大学

出版: 1月27日,高级保健材料

内政部：10.1002/adhm.201601159

摘要：提出了一种基于皮肤阻抗测量的电容式可穿戴皮肤水合传感器。该电容器由两个交指或平行电极组成，电极由聚二甲基硅氧烷（PDMS）基体中的银纳米线（AgNWs）构成。AgNW/PDMS电极的柔性和可伸缩性允许与皮肤适形接触。水合传感器是不敏感的外部湿度变化，并校准了商业皮肤水合系统上的人造皮肤在一个广泛的水合范围。水合传感器被封装成一个灵活的腕带，连同一个网络分析仪芯片，一个按钮电池和一个超低功耗的蓝牙微处理器。此外，还开发了一种由应变传感器、三个心电图电极和一个皮肤水合传感器组成的多模态传感胸部贴片。可穿戴腕带和胸贴片可用于低成本、无线和连续感测皮肤水合作用和其他健康参数。