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可穿戴健康監(jiān)測系統(tǒng)可作為監(jiān)測病原體感染狀態(tài)的篩選工具

2022-08-31
來源:MEMS

  由于各種新的傳染性(病毒/細菌)疾病的出現(xiàn),對感染者的遠程監(jiān)測變得尤為重要,,尤其是在醫(yī)院需要隔離感染患者以防止病原體向醫(yī)護人員傳播的情況下。

  據(jù)麥姆斯咨詢報道,,近日,一支由捷克布拉格化學與技術大學(University of Chemistry and Technology Prague),、奧斯特拉瓦技術大學(VSB - Technical University of Ostrava),、新加坡南洋理工大學(Nanyang Technological University)等機構的研究人員組成的團隊在npj Flexible Electronics期刊上發(fā)表了題為“Telemedicine platform for health assessment remotely by an integrated nanoarchitectonics FePS3/rGO and TI3C2-based wearable device”的最新論文,提出的可穿戴健康監(jiān)測系統(tǒng)實時記錄生理參數(shù),,在遠程監(jiān)測時可作為監(jiān)測病原體感染狀態(tài)的篩選工具,。這項研究為基于柔性和可拉伸儲能裝置的創(chuàng)新可穿戴電子健康監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎。

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  圖1 基于集成二維FePS3@rGO和TI3C2的可穿戴設備的遠程健康監(jiān)測醫(yī)療平臺

  許多傳染病與多種可使用可穿戴健康傳感器監(jiān)測的生理變化有關,。異常的體溫,、呼吸頻率和舒張壓可能表明患者的感染狀態(tài)。最近,,世界面臨新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)的大流行,,許多醫(yī)護人員在進行生理參數(shù)評估時與感染患者直接接觸而被感染。表明人們有必要保持社交距離和隔離,,以降低將病毒傳染給他人的風險,。在這種情況下,遠程健康監(jiān)測系統(tǒng)(RHMS)已被證明是對感染患者進行健康監(jiān)測的最安全方法,。RHMS可以定義為遠距離提供醫(yī)療服務。RHMS通常包括三個主要組件:傳感裝置,、數(shù)據(jù)傳輸裝置和動力源裝置,。該傳感裝置檢測各種生理參數(shù),,如體溫、心率和血壓,,并將其轉換為電信號,,通過無線連接傳輸?shù)街悄苁謾C或云端進行進一步分析。傳感和數(shù)據(jù)傳輸過程都需要使用儲能裝置,。

  與其他典型的電子設備相比,,可穿戴健康監(jiān)測系統(tǒng)具有獨特的電源要求。首先,,儲能裝置和傳感裝置必須是可拉伸的,、機械和電穩(wěn)定的,以實現(xiàn)與人體一致的形狀,,從而實現(xiàn)恒定的檢測性能,。其次,由于該裝置經(jīng)常與人體部位接觸,,因此,,儲能和傳感裝置必須具有生物相容性,以最大限度地減少不良免疫反應和其他負面影響,。關于上述幾點,,本論文的作者們制造了一種概念驗證的可穿戴集成醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)采用了一個可拉伸非對稱超級電容器(SASC)和應變傳感器,。其中,,SASC是使用兩種不同類型的二維材料制造而成的,例如過渡金屬碳化物(例如TI3C2),,金屬磷硫化物和還原的石墨烯氧化物復合材料(例如FePS3@rGO),。應變傳感器使用相同的FePS3@rGO復合材料組裝而成。

  新興的層狀材料家族,,通式為MPXy的金屬磷硫化物,,其中M表示過渡金屬,X表示硫屬元素(S或Se),,y可以是3或4,,具有優(yōu)異的電子、磁性和各向異性特性,。它們已被廣泛應用于光電子學,、自旋電子學、傳感,、氫吸附,、催化以及電池電化學性能等領域。最近,利用MPS3(M =鐵(Fe),、鎳(Ni),、錫(Sn)、鈷(Co))等材料制造鋰離子電池備受人們關注,。具體而言,,F(xiàn)ePS3、NiPS3和MnPS3已被確定為電池中有前途的正極材料,,與之前研究的碳和金屬氧化物電極相比,,它們具有更大的容量和更長的運行時間。然而,,作為可穿戴電子應用的柔性便攜儲能裝置,,MPXy尚未受到太多關注。另一方面,,TI3C2Tx(MXenes)由于其廉價的成本和一系列的優(yōu)點而成為最常被研究的材料之一,。Ti3C2Tx可以很容易地被編入到織物中,在健康傳感器和儲能裝置應用方面顯示出良好的前景,。

  在本論文研究中,,作者們成功地開發(fā)了一種可穿戴健康監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)將傳感器和SASC集成來監(jiān)測遠程個體的實時生理參數(shù),,以便早期識別病毒感染或緊急情況,。他們采用噴涂沉積法制備基于Ti3C2和FePS3@rGO的可拉伸電極,使用聚合物凝膠電解質組裝Ti3C2/FePS3@rGO SASC,。組裝的SASC在重量比電容,、循環(huán)穩(wěn)定性、功率密度,、速率性能,、彎曲和拉伸穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出出色的電化學性能。然后,,基于FePS3@rGO的儲能裝置和應變傳感器被制造為柔性,、可拉伸的動力源和用于監(jiān)測實時呼吸周期的傳感器。他們成功地監(jiān)測了志愿者活動的實時呼吸模式,。最后,,他們將Ti3C2/FePS3@rGO SASC與溫度傳感器集成,并將其貼在用戶皮膚上,,實時準確地監(jiān)測人體溫度,,并將數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)街悄苁謾C。這項研究工作中開發(fā)的無線健康監(jiān)測系統(tǒng)可用于在急診室監(jiān)測各種傳染性(病毒/細菌)疾病,,尤其是在醫(yī)院需要隔離感染患者以防止病原體向醫(yī)護人員傳播的情況下,。綜上,,這項研究為基于柔性和可拉伸儲能裝置的創(chuàng)新可穿戴電子健康監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎。

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  圖2 Ti3C2/FePS3@rGO SASC的電化學性能

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  圖3 遠程監(jiān)測人體生理參數(shù)



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