研究圖像。圖片來源：POSTECH

由浦項(xiàng)科技大學(xué)（POSTECH）材料科學(xué)與工程系的Sei Kwang Hahn教授和Tae Yeon Kim博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)使用金納米線開發(fā)了一種集成的可穿戴傳感器設(shè)備，可以同時(shí)有效地測(cè)量和處理兩個(gè)生物信號(hào)。他們的研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。

可穿戴設(shè)備有各種形式，如附件和貼片，在檢測(cè)物理、化學(xué)和電生理信號(hào)以進(jìn)行疾病診斷和管理方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。研究進(jìn)展集中在設(shè)計(jì)能夠同時(shí)測(cè)量多個(gè)生物信號(hào)的可穿戴設(shè)備上。

然而，一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是每個(gè)信號(hào)測(cè)量所需的不同材料，導(dǎo)致接口損壞、復(fù)雜制造和器件穩(wěn)定性降低。此外，這些不同的信號(hào)分析需要更多的信號(hào)處理系統(tǒng)和算法。

該團(tuán)隊(duì)使用各種形狀的金（Au）納米線解決了這一挑戰(zhàn)。雖然銀（Ag）納米線以其薄、輕盈和導(dǎo)電性而聞名，通常用于可穿戴設(shè)備，但該團(tuán)隊(duì)將它們與金合并在一起。他們通過涂覆銀納米線的外部來開發(fā)塊狀金納米線，從而控制了電偶現(xiàn)象。

隨后，他們通過選擇性地蝕刻鍍金納米線中的銀來制造空心金納米線。塊狀金納米線對(duì)溫度變化反應(yīng)靈敏，而空心金納米線對(duì)應(yīng)變的微小變化表現(xiàn)出高敏感性。

然后將這些納米線圖案化到由苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS）聚合物制成的基板上，無縫集成，無需分離。通過利用兩種類型的金納米線，每種納米線都具有不同的特性，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種能夠測(cè)量溫度和應(yīng)變的集成傳感器。

此外，他們還設(shè)計(jì)了一個(gè)用于信號(hào)分析的邏輯電路，利用了在圖案中引入微米級(jí)波紋所產(chǎn)生的負(fù)規(guī)格因子。這種方法成功創(chuàng)建了一個(gè)智能可穿戴設(shè)備系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以捕獲信號(hào)，還可以同時(shí)分析信號(hào)，所有這些都使用單一的金材料。

該團(tuán)隊(duì)的傳感器在檢測(cè)細(xì)微的肌肉震顫、識(shí)別心跳模式、通過聲帶震顫識(shí)別語音以及監(jiān)測(cè)體溫變化方面表現(xiàn)出良好的性能。值得注意的是，這些傳感器保持了高穩(wěn)定性，而不會(huì)損壞材料界面。它們的柔韌性和良好的拉伸性使它們能夠無縫地貼合彎曲的皮膚。

Sei Kwang Hahn教授表示：“這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了開發(fā)能夠分析各種生物信號(hào)的未來生物電子學(xué)平臺(tái)的潛力。他補(bǔ)充說：“我們?cè)O(shè)想了包括醫(yī)療保健和集成電子系統(tǒng)在內(nèi)的各個(gè)行業(yè)的新前景。