Geavanceerde Vloeibaar Metaal Wearable Druksensor voor Nauwkeurige Gezondheidsmonitoring

Zachte druksensoren hebben significante onderzochsandacht ontvangen in diverse velden waaronder zachte robotica, elektronische huid en wearable elektronica. Onderzoekers hebben een hooggevoelige wearable druksensor ontwikkeld die in staat is tot gevoelige, nauwkeurige en continue meting van fysiologische en fysieke signalen en grote potentiële toepassingen toont voor gezondheidsmonitoring en vroege diagnose van ziekten.

Een zachte druksensor moet hoge compliantie, hoge gevoeligheid, lage kosten, lange-termijn prestatiestabiliteit en omgevingsstabiliteit hebben om ingezet te worden voor continue gezondheidsmonitoring. Conventionele vastestof zachte druksensoren die functionele materialen gebruiken, inclusief koolstofnanobuizen en graphene, hebben geweldige sensoringprestaties getoond; echter lijden deze sensoren onder beperkte rekbaarheid, signaaldrift en lange-termijn instabiliteit door de afstand tussen het rekbare substraat en de functionele materialen.

Om deze issues te overwinnen, zijn vloeistof-staat elektronica met vloeibaar metaal geïntroduceerd voor diverse wearable toepassingen. Van deze materialen heeft Galinstan — een eutectisch metaallegering van gallium, indium en tin — geweldige mechanische en elektrische eigenschappen die in wearable toepassingen ingezet kunnen worden. Maar hedendaagse vloeibare metaal-gebaseerde druksensoren hebben lage drukgevoeligheid, wat hun toepasbaarheid voor gezondheidsmonitoring apparaten beperkt.

De onderzoekers hebben een 3D-geprinte, rigide microbump array-geïntegreerde, vloeibaar metaal-gebaseerde zachte druksensor ontwikkeld. Met de hulp van 3D-printen kon de integratie van een rigide microbump array en de master mold voor een vloeibaar metaal microkanaal simultaan bereikt worden, wat de complexiteit van het productieproces reduceert. Door de integratie van de rigide microbump en het microkanaal heeft de nieuwe druksensor een extreem lage detectielimiet en verbeterde drukgevoeligheid vergeleken met eerdere vloeibare metaal-gebaseerde druksensoren. De voorgestelde sensor heeft ook een verwaarloosbare signaaldrift over 10.000 cycli van druk, buigen en rekken en toonde uitstekende stabiliteit wanneer blootgesteld aan diverse omgevingscondities.

Deze prestatieresultaten maken het een uitstekende sensor voor diverse gezondheidsmonitoring apparaten. Ten eerste demonstreerde het onderzoeks-team een draagbare polsbandapparaat dat continu de pols kan monitoren tijdens oefening en ingezet kan worden in een niet-invasieve, manchet-vrije bloeddrukmonitoring gebaseerd op PTT-berekeningen. Vervolgens introduceerden ze een draadloos, draagbare hiel-drukmonitoring systeem dat drie 3D-BLiPS integreert met een draadloze communicatiemodule.