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新型可穿戴呼吸传感器,灵敏检测气息细微变化

发布时间:2024-02-25 浏览:568次

据麦姆斯咨询介绍,英国曼彻斯特大学(University of Manchester)化学系和电气电子工程系的科学家开发了一种新型可穿戴传感器,可以精确跟踪佩戴者的呼吸情况,监测呼气和吸气过程中的微小变化。这项研究成果以“Wearable Sensors for Breath Monitoring Based on Water-based Hexagonal Boron Nitride Inks Made with Supramolecular Functionalization”为题发表于Advanced Materials期刊,这项创新为改善人类呼吸健康及疾病监测铺平了道路。


研究人员开发的新型呼吸传感器工作示意图

该呼吸传感器基于一种被称为六方氮化硼(h-BN)的二维材料,比过去的设计更灵敏、更准确。它甚至可以检测到用户呼吸模式的细微变化,例如由哮喘或睡眠呼吸暂停引起的变化。

该论文主要作者、曼彻斯特大学研究员Cinzia Casiraghi教授说:“我们开发的新型呼吸传感器就好比一种面向呼吸的高精度麦克风,它可以捕捉呼吸气流中最微小的变化,进而为用户提供有价值的生理信息,例如与心脏、神经、肺部状况以及某些疾病有关的信息。”

这款传感器如何工作?

该呼吸传感器中的活性材料由超分子化学设计的六方氮化硼油墨制成,以增强对水分子的敏感性。该油墨以薄膜的形式沉积在电极之间,然后向电极施加交变电场。当用户吸气和呼气时,薄膜电信号会根据局部湿度而变化,显示出与整个呼吸周期相关的特征性“V形”图。因此,这种V形变化可以归因于呼气吸气过程的细微变化,例如由于咳嗽、发烧、流鼻涕和鼻塞引起的变化。

与现有技术相比,这种新型传感器具有多种优势。首先,它更灵敏,这意味着它可以检测呼吸的细微变化;其次,它也更快,响应时间只有几毫秒;此外,它不受温度或其他环境因素的影响,使其在现实应用中更加可靠;最后,它还可以很容易地整合到口罩中。

潜在的应用

研究人员认为,他们开发的新型传感器有望彻底改变我们监测呼吸健康的方式,还可以用于跟踪呼吸治疗的疗效。

Casiraghi研究小组参与该项目的博士后Liming Chen博士说:“这种传感器有潜力真正改善呼吸系统疾病患者的生活。它可以帮助我们更早地诊断疾病,跟踪疾病的进展,帮助制定个性化的诊疗方案。”

研究人员正致力于进一步优化这项技术,以实现对呼吸中发现的与疾病相关的特定生物标志物(例如呼吸氨)的高灵敏度和选择性。他们希望在不久的将来可以看到他们的技术走向患者的临床应用。


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