近期，美国普渡大学的科学家们开发出了一种新型喷涂装置和柔性且导电的聚合物。利用该装置，将聚合物涂在任何衣服上，就可以换成佩戴传感器，在物理治疗期间可以监测人体的运动。相关论文刊登在最新一期的杂志《ACS纳米》上。

新开发的喷涂装置由两个装满不同化合物的房间组成。这些化合物只有在喷涂的过程中才混合，发生化学反应，形成聚合物。在这种反应中形成的固体和有弹性的，有导电性的高分子会碰到织物，成为变形传感器最重要的部分。研究人员说他们可以以毫米为单位固定聚合物。

将衣服变成生物传感器

如果您想跟踪某人肌肉的电活动，您可以将电极贴在他们的皮肤上。然而，一项实验性新技术只是将导电织物整合到可洗的衣服中。尽管传统电极确实提供了准确的读数，但它们既昂贵又不舒服，而且它们可能会随着佩戴者的走动而脱落——如果试图监测运动员的表现，后者绝对是一个问题。

为了寻找更便宜、更舒适、更可靠的替代品，团队首先在普通的棉/涤纶混纺面料上沉积了一层微观的聚合物。在这项技术测试中，将聚合物涂层应用于压缩套筒的选定区域。然后将该袖子放在志愿者的前臂上，然后将电线从衣服的涂层区域连接到便携式肌电图设备。当这个人随后执行不同的动作时，袖子准确地检测到他们收缩时前臂肌肉产生的电信号。

当他们拉伸织物时，聚合物图案，比如波浪线或螺旋形，会随之拉伸，从而改变其电阻。研究人员在手套或护膝上喷涂一个图案，然后通过在聚合物中通小电流并监测其电阻的变化来检测手或腿关节的运动。研究发现，这种方法适用于棉、羊毛和莱卡等常见织物。此外，在聚合物上添加商业织物密封剂后，这些衣服即使经过30次洗涤，仍能继续作为传感器工作。

研究人员表示，这种喷涂方法可用于物理治疗或其他医疗环境，在患者的衣服上添加传感器比使用更笨重的带有硬部件和电线的设备更实用。他们希望设计出更多化合物组成略有不同的聚合物，让这些聚合物不仅可感知应变，还可感知压力、温度或汗液中存在的化学物质等特性。

中国可喷涂传感器的创新

香港理工大学的研究团队开发出了一种崭新的纳米复合材料传感器，可直接喷涂于平坦或弯曲的工程结构，如火车路轨和飞机结构。喷涂出来的传感器可进一步构成传感器网络，为受监测的结构提供实时及丰富的结构健康状况信息。

据悉，纳米复合材料传感器由理大机械工程学系的苏众庆教授、周利民教授及以他们为首的团队研发，采用创新的喷涂技术制成，使传感器安装过程比传统方法更快捷和具效率。这种新技术也令该传感器适用于多种工程结构表面，提高了它的灵活性。

苏教授说，该新型纳米复合材料传感器，能同时兼顾传感器的成本及传感器网络所捕获的数据量两个因素，为实现原位振动感测、以超声波为基础的结构健康监测技术开辟了新思路。新技术可减省成本提高灵敏度；体重轻且成本低；灵活性较好，可适用于弯曲结构表面；响应频率更广阔。

e-skin智能衣看起来与普通的金身运动服装没有太大区别，但却在上面布满了专门的可伸缩电路和应变传感器，能够追随身体运动不间断地移动和伸展。研发团队在e-skin上配备了14个应变传感器，以及六轴加速度传感器的和陀螺仪传感器，用于捕获和跟踪包括呼吸在内的上身运动。这些测量结果能 够用作虚拟现实游戏、运动、健身训练或者更一般的上身活动追踪仪的用户输入数据。然后由紧身衣上的传感器得到的数据，将由e-skin HUB通过蓝牙传送。

e-skin还支持机器学习技术，能通过认知原始手势进一步开发新的应用潜力。除了打击，跳跃，运动姿势等特殊动作外，日常生活中的动作和姿势，也可以通过机器学习来认知。

量产成本更低、灵敏度更高

随着医疗技术的发展，个人生理信息的实时监测及其带来的个体化医疗受到关注。电化学生物传感器是一类可以将化学信号转化成电信号的装置，可用于监测特定化学物质，在可穿戴医疗等领域有着广泛应用。

作为一个多学科交叉融合的前沿科技领域，生物传感器这些年引起了全世界的广泛重视。顾名思义，生物传感器指的是对于生物物质敏感，能将浓度转换为电信号进行检测的传感器设备。生物传感器是由识别元件即固定化的生物敏感材料（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。

这种传感器能够测量一些关键代谢物的数量，例如汗液、泪液、唾液、血液中的乳酸或葡萄糖。当集成到诊断设备中时，它可以快速、便宜、准确地监测健康状况。这种新设备的设计比现有的传感器要简单得多，为细胞水平的健康监测提供了广泛的新可能性。

以聚合物作为分子导线，直接接收电化学反应期间产生的电子。当材料与汗液、泪液、血液产生接触时，它会吸收离子并产生溶胀 ，变得与液体融合在一起。相比于由金属电极制成的传统传感器，其灵敏度明显高很多。此外，当传感器合结合更复杂的电路例如晶体管时，信号会被放大并对于代谢物浓度的微小波动作出响应，尽管设备的尺寸可以做得很小。

据介绍，聚合物可以经过调整用于改善酶之间的通信，从而直接监测代谢物。在这之前，此类监测都无法直接完成。它为生物传感领域开辟了新的方向，材料可以经过设计与特定的代谢物相互作用，带来敏感度和选择性都好很多的传感器。因为传感器并不是由金或铂之类的金属组成，所以它的制造成本相对较低，并且很容易与可拉伸的柔性基底结合到一起，从而实现可穿戴或者植入式的传感应用。

文章来源： 科技日，讳羽，cnBeta