基于石墨烯/反蛋白石纤维素膜的多功能可穿戴传感器用于人体运动和汗液的同时监测研究

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同时在线监测人的运动及运动中的健康参数在个体化健康监护以及预防医学上都有着广泛的应用前景。尽管目前已有一些可穿戴式传感器件用于该方面的研究,但其主要通过平行的连接多个不同的可穿戴传感器来实现其多功能同时监测的功能。开发同时在线监测人的运动及运动中的汗液情况的单一传感器仍未解决。在本研究中,我们通过将还原氧化石墨烯薄膜集成在多孔微结构的三维反蛋白石乙酸纤维素来构建高灵敏的多功能可穿戴式传感器,用于同时在线监测人的运动及运动中的汗液情况。在该传感系统中,还原氧化石墨烯薄膜通过滴涂氧化石墨烯成膜再还原来制备,并用作应力传感层来监测人的运动。而反蛋白石乙酸纤维素通过复制氧化硅胶体晶体模板来制备,其不仅用于微结构基底来实现高灵敏的运动检测,同时用于收集和分析人运动中的汗液情况。通过将该多功能传感器贴附在人体的不同部位,利用石墨烯的电学变化可以实现对人体的不同动作的监测和区分,如不同方向的手腕弯曲,不同方向机不同强度的头部转动以及人的喉咙运动等。利用反蛋白石乙酸纤维素的颜色和反射光谱变化可以实现对这些运动中的汗液NaCl的同时在线监测。当汗液中NaCl的浓度大于90mM时,一般认为人体处于失水的状态。本研究开发的多功能传感器可以实现对汗液中80到680mM范围内NaCl含量的监测,具有很强的实际应用性。本研究为目前多功能可穿戴式传感器的开发提供新的视野,且开发的新型可穿戴式传感器具有潜在的实际应用性。
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