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中國科學院院長春應化所張強課題組–使用明膠納米纖維作為可穿戴傳感器製備的氧化石墨烯薄膜用於監測心血管健康

通過靜電紡絲製備的明膠納米纖維薄膜,其拉伸實效應力為35 MPa,比傳統聚丙烯酰胺水凝膠(<0.2 MPa)強,韌性是網狀水凝膠(0.2-1.0 MPa)、一些工程塑料如聚乙烯薄膜(16 MPa)和聚碸(1-10 MPa)的兩倍。通過高溫處理將其加工成具有高導電性的氧化石墨烯膜。提供了使用明膠製備氧化石墨烯膜的簡單方法。使用氧化石墨烯膜製造高靈敏度和響應性可穿戴傳感器,其能夠進行聲音識別、心動圖記錄和脈衝光譜測量。心尖心電圖與血流動力學心髒健康密切相關,反映了心室收縮、射血、心髒舒張、半月瓣開/關、房室瓣膜開/關等心髒過程。開發的心髒傳感器可用於測量動脈僵硬度指數、脈衝譜的衍生物,可用於評估動脈壁僵硬度和健康狀況。使用開發的傳感器,可以將檢測結果無線中傳輸到移動設備以進行個人心髒健康監測。

Figure 1. CGF傳感器的製造工藝和結構:a)傳感器製造過程的示意圖;b)納米纖維明膠膜的SEM圖像,比例尺:2μm;c)使用尺寸為3cm×2.5 cm×1mm的明膠納米纖維膜提升600g水瓶子的示意圖;d)明膠納米纖維膜的應力-應變曲線;1(黑色曲線):明膠膜,2(紅色曲線):聚乙烯薄膜。

Figure 2. CGF的表征:a)在300-800℃下處理的CGF的拉曼光譜和TGA曲線;b)在800℃下碳化的CGF的高分辨率TEM圖像;c)在800℃碳化的CGF的XPS C1s光譜;d)在300-800℃碳化的CGF的XPS C1s和N 1s光譜;不同處理溫度下N 1s與C ls的麵積比;e)CGF的電導率隨碳化溫度的變化;f)PDMS表麵上CGF的SEM截麵圖。

Figure 3. CFG傳感器的應用和心動周期示意圖:a)電阻隨施加的壓力而變化;b-e)當佩戴者說“嗨”,說“你好”,說“科學”和呼吸時,實時阻力發出信號;f)檢測到26歲誌願者的心跳時,實時阻力信號;g)(f)的局部放大;h)ACG信號心動周期響應五個階段的示意圖。

Figure 4. CFG傳感器在橈動脈傳感中的應用:a)脈搏檢測的照片;b)檢測26歲誌願者的脈搏時,實時電阻信號;c)(b)的局部放大;d)(c)的局部放大;e)檢測26歲誌願者的脈搏時,實時電容信號;f)(e)的局部放大;g)使用智能手機監視脈搏拍的示意圖和智能手機中檢測結果的圖像。

相關研究成果於2019年由中國科學院院長春應化所張強課題組,發表在Adv. Mater. Technol.(DOI: 10.1002/admt.201900540)上。原文:Graphene Oxide Films Prepared Using Gelatin Nanofibers as Wearable Sensors for Monitoring Cardiovascular Health。

本文來自石墨烯雜誌,本文觀點不代表利特納米立場,轉載請聯係原作者。

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