科技的不斷進(jìn)步，為利用可穿戴和植入式傳感器監(jiān)測(cè)人體各類健康指標(biāo)創(chuàng)造了可能。例如，可穿戴壓力傳感器可以響應(yīng)人體壓力的微小變化，從而高靈敏度地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的脈搏、血壓、呼吸速率甚至聲帶振動(dòng)的細(xì)微變化等體征。

當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)到選定的壓力信號(hào)傳遞到晶體管時(shí)會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)，隨后傳導(dǎo)并放大這些信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。近來，一種被稱為有機(jī)電化學(xué)晶體管（OECT）的新型晶體管技術(shù)，在低電壓和低功耗下展現(xiàn)出了優(yōu)越的信號(hào)放大能力。不過，由于它們通常與液體柵極物質(zhì)（對(duì)外部壓力響應(yīng)不夠好）匹配使用，因此，很少有人探索將OECT用于壓力傳感器。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，寺崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所（Terasaki Institute for Biomedical Innovation, TIBI）的一支合作研究團(tuán)隊(duì)找到了解決這個(gè)問題的方法，從而為可穿戴壓力傳感器開發(fā)柔性O(shè)ECT。他們首先用一種固態(tài)柵極物質(zhì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，一種帶電的凝膠狀物質(zhì)，稱為離子水凝膠。由于這種凝膠的物理特性，當(dāng)將其與OECT一起使用時(shí)，成功地證明了可以利用其改善OECT的壓力感測(cè)性能。

隨后，研究小組又進(jìn)一步改進(jìn)了這一發(fā)現(xiàn)，他們制作了一種具有微型金字塔結(jié)構(gòu)的離子水凝膠，有助于提高壓力測(cè)量靈敏度。TIBI研究團(tuán)隊(duì)的Yangzi Zhu博士解釋說：“這種水凝膠微結(jié)構(gòu)在壓力作用下的形變，增加了柵電極的電容變化。這增強(qiáng)了OECT檢測(cè)非常細(xì)微壓力信號(hào)的能力。”

研究小組還發(fā)現(xiàn)，這種微結(jié)構(gòu)水凝膠獲得的更高壓力靈敏度，可以通過改變外加的柵極電壓來調(diào)整。優(yōu)化后的傳感器工作電壓低、功耗低。這些特性結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了一種經(jīng)濟(jì)、持久且節(jié)能的高性能壓力傳感器，對(duì)于需要長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)收集壓力數(shù)據(jù)的可穿戴設(shè)備來說具有明顯優(yōu)勢(shì)。

“低成本、低功耗和高靈敏度是OECT的固有優(yōu)勢(shì)。這是首次成功利用柔性水凝膠作為柵極介質(zhì)用于OECT壓力傳感應(yīng)用。”TIBI附屬教職員、香港大學(xué)電氣與電子工程系助理教授Shiming Zhang博士說，“它為OECT在體內(nèi)壓力傳感領(lǐng)域的未來應(yīng)用開辟了新的機(jī)遇。”

“對(duì)于需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的患者來說，節(jié)能、持久的可穿戴壓力傳感裝置是一種真正的福音，這有助于患者實(shí)現(xiàn)居家自我監(jiān)測(cè)。”TIBI董事兼首席執(zhí)行官Ali Khademhosseini博士評(píng)價(jià)稱，“這項(xiàng)在壓力傳感方向取得的研究進(jìn)展，是我們致力于增進(jìn)患者健康所做工作的眾多實(shí)例之一。”

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