该传感器非常便宜且生产简单,其开发人员表示可以用铅笔将其手绘到经过氯化钠处理的纸上。
它还为可穿戴、自供电的健康监测器铺平了道路,这些监测器可以检测其他健康问题,如心脏骤停和肺炎。
“我们的团队一直专注于开发能够捕捉人类健康重要信息的设备,”该研究的第一作者、宾夕法尼亚州立大学的 Huanyu Cheng 教授说。 “我们的目标是及早预测疾病状况和健康状况,在为时已晚之前发现问题。”
水合作用传感器对湿度变化高度敏感,可在 5.6% 至 90% 的广泛相对湿度水平范围内提供准确读数。
柔性湿度传感器在医疗保健中变得越来越必要,用于呼吸监测和皮肤湿度检测等用途,但通过简单、低成本的制造工艺实现高灵敏度和易于处理仍然具有挑战性。
中国河北工业大学教授李阳解释说:“你不需要拥有价值数百万美元的制造设备。您只需要能够在经过处理的纸上预先绘制的电极线内绘制即可。它可以简单快速地完成。”
该设备利用纸张对湿度变化的自然反应方式,并使用铅笔中的石墨与水分子和氯化钠溶液相互作用。
当水分子被纸吸收时,溶液被电离,电子开始流向铅笔中的石墨,触发传感器,传感器检测环境中的湿度变化,并向智能手机发送信号,智能手机会显示和记录数据。
从本质上讲,在经过预处理的线条内的经过预处理的纸上绘制可以创建微型纸电路板。然后可以用铜线和导电银浆将其连接到计算机,作为环境湿度检测器。
对于智能尿布和基于面罩的呼吸监测等无线应用,绘图连接到一个微型锂电池,该电池为通过蓝牙向智能手机传输数据提供动力。
对于呼吸监测器,该团队将电极直接绘制在经过溶液处理的面罩上。
该传感器可以区分口呼吸和鼻呼吸,并能够区分三种呼吸状态:深呼吸、规则呼吸和快速呼吸。收集的数据可用于检测各种疾病的发作,例如呼吸停止和呼吸急促,并为智能物联网和远程医疗提供机会。
与呼吸相比,人体皮肤的湿度变化较小,但研究人员仍然能够使用他们的纸上铅笔湿度传感器检测到变化,即使在测试对象涂抹乳液或锻炼后也是如此。
该团队还在尿布的吸收层之间集成了四个湿度传感器,以创建一个“智能尿布”,能够检测湿度并在变化时发出警报。
“这个申请实际上是出于个人经历,”身为两个年幼孩子的父亲的程说。 “没有简单的方法可以知道有多湿,而这些信息对父母来说可能非常有价值。传感器可以提供短期数据,提醒尿布更换,也可以提供长期数据,显示可以告知父母孩子整体健康状况的模式。”