四川大学吴晓东ACS Sensors：在家也能做研究？ — 家制多功能健康监测平台

【研究背景】

柔性可穿戴智能传感器在人体生命体征（如体温、心率、呼吸频率等）的连续性监测方面具有巨大的应用潜力。近年来，用于可穿戴健康监测的柔性传感器取得了显著进展，然而绝大部分报道的柔性传感器都涉及复杂的实验室制备流程（如曝光、蚀刻、真空镀膜、二维/三维打印、合成/改性/加工等工艺），且需要用到特殊的微米/纳米材料（如金属纳米导电材料、碳基纳米导电材料、聚合物导体/半导体、二维材料等），上述因素在一定程度上限制了柔性传感器的规模化制备和大面积部署（尤其在资源相对匮乏的场景或地区）。如何利用触手可及的生活用品在居家条件下实现柔性智能传感器件的简便化构筑与按需调控，对于家庭式健康监测和未来智慧医疗的推广和普及具有重要的现实意义。

【文章简介】

近日，四川大学机械工程学院吴晓东研究员等人提出一种在居家条件下利用日常生活用品来构建高性能、多功能柔性传感器的新方法。具体地讲，使用铅笔涂制导电石墨正电极，使用家用铝箔作为负电极，使用办公胶水、护肤保湿剂和烹饪食盐来构建固态离子电解质。通过上述家制电极与电解质的合理组合，可构筑一系列新型电位式力学传感器、电位式温度传感器及力/热多功能传感平台。基于该系列家制传感器和传感平台，可实现多种人体关键生命体征（如体温、心率、呼吸频率、咳嗽、人体活动等）的可靠检测与连续监测，且传感器可靠性和稳定性可与商用传感器相媲美。上述工作为家庭式连续健康监测提供了一种便捷而有效的新方法，也为资源匮乏国家和地区的数字化医疗普及提供了一条新途径。相关研究成果以 “Home-Made, Self-Powered, Skin-Attachable Sensing Platform for Diverse Vital Signs Monitoring” 为题，发表在传感器领域国际著名期刊《ACS Sensors》上（中科院1区Top期刊，影响因子：9.618），论文第一作者和通讯作者为四川大学吴晓东研究员，加州大学伯克利分校Ana Arias教授为共同通讯作者。

【研究内容】

图1.家制传感器及传感平台的制备原料（如2B铅笔、A4纸、家用铝箔、办公胶水、护肤保湿剂、烹饪食盐、砂纸等）、工作机理、器件构型及其在不同人体关键生命体征监测（包括体温、心率、呼吸频率、咳嗽等）方面的应用场景。

图2.家制传感器及传感平台不同组分（包括基于胶水/保湿剂/食盐所构建的固态离子电解质、使用铅笔涂制的导电石墨电极等）的制备流程、性能表征及最终器件展示。

图3.家制电位式力学传感器和电位式热学传感器的综合性能表征与评估。

图4.利用家制电位式力学传感器监测人体脉搏信号、人体心率及其变化情况。

图5.基于家制电位式热学传感器监测人体不同部位体表温度及温度变化。

图6.利用家制电位式热学传感器监测人体实时呼吸状态（包括正常呼吸和各种异常呼吸情况）及其呼吸速率。

图7. 利用家制电位式力学传感器监测人体呼吸状态、呼吸速率及咳嗽过程。

【结论和展望】

上述工作表明，通常在实验室中进行的基于复杂工艺和特殊材料构建的柔性可穿戴传感器也可以使用日常生活用品在居家环境下进行制造。实验结果表明，该种家制多功能传感平台能够准确、连续地监测多种关键人体生命体征，包括体温、心跳/脉搏、呼吸频率、咳嗽和各种身体运动。与实验室制备的昂贵且复杂的传感器件相比，该种家制多功能传感平台具有可比拟的综合性能，但在便捷性、经济性、可推广性等方面具有显著优势，在以家庭为中心或资源匮乏地区的数字化医疗方面具有很好的实用价值；此外，该种家制多功能传感平台也可以为课堂教学和临床培训提供新的范例。

文献链接：https://doi.org/10.1021/acssensors.3c00630。