用紗線編織的紡織品通過智能電子傳感技術(shù)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷。然而，導(dǎo)出的不一致信號是有待解決的問題之一。城市大學(xué)(CityU)的學(xué)者領(lǐng)導(dǎo)的一項研究受到DNA結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)雙螺旋結(jié)構(gòu)編織的紡織品可以幫助克服上述挑戰(zhàn)。該團(tuán)隊進(jìn)一步開發(fā)了一種靈活的壓阻式傳感器來檢測人體脈搏。傳感器響應(yīng)迅速，按下后迅速恢復(fù)，信號穩(wěn)定。該團(tuán)隊希望傳感器可以引入不斷增長的醫(yī)療和保健市場。

“基于紡織品的傳感器具有柔韌性、可拉伸性和透氣性等多種優(yōu)勢，因此被用于制造柔性壓阻傳感器，”胡教授說。然而，紡織傳感器通常具有滯后性，這意味著傳感器一旦改變形狀就很難恢復(fù)。此外，一般紡織傳感器的信號不一致，因此測量結(jié)果往往不可重復(fù)，這阻礙了它們的應(yīng)用。

為了解決滯后問題，傳統(tǒng)的策略是將彈性聚合物整合到紡織品中。相反，胡教授的團(tuán)隊從紗線本身的結(jié)構(gòu)入手。他們制造了具有類似于DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的紗線，然后通過將兩根紗線捻在一起制成織物。“這種方法巧妙地將兩根紗線捻合為一根，使兩根紗線之間的粘合力穩(wěn)定，使織物不會松散，變形時能迅速恢復(fù)，”胡教授解釋說。

用于檢測表皮脈搏的基于紡織品的柔性壓阻傳感器

胡教授指出，一般紡織傳感器產(chǎn)生滯后的關(guān)鍵原因是紗線受壓縮變形后，紗線相互摩擦后無法恢復(fù)。但她的團(tuán)隊制作的紗線采用了雙螺旋結(jié)構(gòu)，將紗線緊密地拉緊在一起，減少了摩擦產(chǎn)生的滑動，從而緩解了滯后現(xiàn)象。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊進(jìn)一步研發(fā)了一種具有超快響應(yīng)和恢復(fù)能力的基于紡織品的柔性壓阻傳感器，用于表皮脈搏監(jiān)測實驗。

該團(tuán)隊開發(fā)的基于紡織品的柔性壓阻傳感器由五層組成。中間層的織物由雙螺旋結(jié)構(gòu)的紗線編織而成，放置在一層電極和底層聚酰亞胺(PI)基板上。然后研究人員用凝膠密封這三層，并在頂部表面覆蓋一層聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜。

基于織物的柔性壓阻式傳感器通電后，電極層上的織物被表皮脈搏跳動變形后會產(chǎn)生電阻，并根據(jù)脈搏的變化產(chǎn)生不同的信號。團(tuán)隊的實驗證實，基于紡織品的柔性壓阻式傳感器可以檢測頸部和腕部的表皮脈搏，運動前后監(jiān)測到的腕部脈搏信號不同。此外，從診斷為竇性心動過緩的正常女性和男性采集的腕部脈搏信號也存在顯著差異。

超快響應(yīng)和恢復(fù)時間

“與其他紡織傳感器相比，我們的設(shè)備具有更高的靈敏度。它可以感應(yīng)到僅重9毫克的谷物的壓力。此外，傳感器響應(yīng)速度非?？欤梢栽?毫秒(ms)內(nèi)產(chǎn)生信號，并且它按壓后只需一毫秒即可從脈搏中恢復(fù)，”胡教授評論道。這種基于紡織品的柔性壓阻式傳感器已經(jīng)過測試并證明其耐用性，可以重復(fù)使用6,000次，同時保持95%的初始性能。“最重要的是，我們解決了一般紡織傳感器的滯后問題。實驗結(jié)果表明，該傳感器獲得了一致的信號，并且在各個方面都表現(xiàn)出出色且均衡的性能，”胡教授總結(jié)道。

胡教授將這套新型高效紡織柔性壓阻傳感器描述為表皮脈搏檢測技術(shù)的創(chuàng)新。它可以靈活地組裝在可穿戴設(shè)備上，有助于推動中醫(yī)脈診的現(xiàn)代化。