崭新双螺旋结构纱线压阻传感器可测脉搏，盼未来应用于医疗保健市场

古装电视剧有时会出现中医师透过一根线为患者把脉的桥段。时至今日，以线织成的纺织品确有被用于远端医疗诊断的智能电子传感技术，然而面对衍生讯号不一致的技术困难。由香港城市大学（城大）学者领导的一项研究受DNA启发，发现运用双螺旋结构编织出的纺织品有助解决上述技术困难。团队更研制出柔性压阻传感器来感测人体脉搏的跳动，该传感器反应快速、受按压后能迅速回复原状、而且讯号稳定，有望可用于需求日益壮大的医疗保健市场。

研究团队由城大生物医学工程学系教授、可穿戴医疗保健材料实验室主任胡金莲教授领导。研究成果已于学术期刊《先进材料》(Advanced Materials)上发表，题为〈Ultrafast-Response/Recovery Flexible Piezoresistive Sensors with DNA-Like Double Helix Yarns for Epidermal Pulse Monitoring〉。

反向从纱线结构着手 减轻传感器讯号滞后问题

胡教授说：“运用纺织品制成传感器有很多优势，例如柔软、透气、柔韧又可拉伸，于是被科学界用以制成柔性压阻传感器（flexible piezoresistive sensors）。＂然而一般纺织传感器会出现滞后现象（hysteresis），即变形后难以回复原状。另外，一般纺织传感器衍生的讯号不一致，令测量结果往往不可重复，阻碍应用。

解决滞后的问题，一般做法是尝试将弹性聚合物（elastic polymers）加进纺织品中。胡教授的团队則从纱线本身的结构入手，用双股纱加捻（即是将原料丝绕成线的过程）制作类似DNA双螺旋结构的线，来做成织物材料。胡教授解释说：“这种方法将两条纱线巧妙地扭在一起，在两条纱线之间衍生出稳定的结合力，令织物材料不会散开，更可以快速地由变形的状态回复原状。”

纺织柔性压阻传感器 能检测不同情况下的表皮脉搏

胡教授指出，一般纺织传感器出现滞后的重要原因，是纱线受压变形后，纱线之间互相磨擦后不可以回复到原位。而她团队的纱线采用双螺旋结构，令纱线之间紧密聚拢而减少了磨擦带来的滑移，所以减轻滞后的问题。

在此基础上，团队进一步研发出具超快反应及恢复能力的纺织柔性压阻传感器，并用于表皮脉搏监测的实验。

_{团队运用纺织柔性压阻器件检测手腕上的表皮脉搏。（DOI number: 10.1002/adma.202104313）}

团队研发的纺织柔性压阻传感器由五层组成。位于第三层的纺织物由呈双螺旋结构的纱线编织而成，放在一层电极上，电极就置于一层聚醯亚胺（Polyimide，简称为PI）的基板上。研究人员然后用凝胶封著此三层，最后在表面覆盖一层聚萘二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Naphthalate，简称为PEN）薄膜。

该纺织柔性压阻传感器通电之后，电极层上受表皮脉搏跳动按压而变形的纺织物，会产生电阻，并按脉搏的跳动变化而衍生出不同的讯号。团队实验证实，纺织柔性压阻传感器可检测到颈部和手腕上的表皮脉搏，而且于运动前后监测的手腕脉搏讯号会有所不同。另外，从正常女性和被诊断为窦性心动过缓的男性身上收集到的手腕脉搏讯号，亦有明显不同。

只需两毫秒即能产生讯号 受按压后只需一毫秒就能回复原状

胡教授说：“与其他纺织传感器相比，我们这个器件灵敏度高，由重量只有九毫克的一粒米所造成的按压也可感知到。另外，传感器反应快得只需两毫秒就能产生讯号，受脉搏跳动按压后又只需一毫秒就能回复原状。＂纺织柔性压阻传感器经测试证明耐用，循环使用6,000次仍能维持95%的最初性能。胡教授总结：“最重要的是，我们解决了一般纺织传感器滞后的问题。实验结果显示传感器衍生的讯号一致，具有良好和各方面都平衡的性能。”

 

胡教授形容这组崭新并高效的纺织柔性压阻传感器，可以说是革新了表皮脉搏量度的技术，能灵活地组装在可穿戴装置上，亦有助促进中医把脉技术的现代化。

胡教授是论文的通讯作者。论文的第一作者是胡教授曾经指导的博士毕业生陈建铭博士和张俊博士。团队其他来自城大的研究人员包括生物医学工程学系讲座教授张元亭教授，以及胡教授曾经指导的博士毕业生Harun Venkatesan博士。研究团队其他成员则来自香港理工大学、香港中文大学以及江南大学。

是次研究获得城大的资助而进行。

DOI number: 10.1002/adma.202104313

本文于 “香港城大研创” 微信公众号发布。
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