【摘 要】
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近年来,柔性可穿戴电子传感器由于具有结构轻薄、便于携带、电学性能优异和易于集成等特点逐渐引起人们广泛关注,其在人体健康监测、电子皮肤设备、人体运动检测、植入式医疗器件等领域都具有广阔应用前景,尤其是在个体化健康监护和疾病早期诊断领域,已成为目前的研究热点。到目前为止,各种柔性可穿戴传感器已被广泛开发用于人体健康监护研究。由于单一的检测数据通常很难准确地判别个体的健康情况,因此集成化和多功能化是可穿
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近年来,柔性可穿戴电子传感器由于具有结构轻薄、便于携带、电学性能优异和易于集成等特点逐渐引起人们广泛关注,其在人体健康监测、电子皮肤设备、人体运动检测、植入式医疗器件等领域都具有广阔应用前景,尤其是在个体化健康监护和疾病早期诊断领域,已成为目前的研究热点。到目前为止,各种柔性可穿戴传感器已被广泛开发用于人体健康监护研究。由于单一的检测数据通常很难准确地判别个体的健康情况,因此集成化和多功能化是可穿戴式传感器发展的重要趋势。而开发集成化、多功能传感器需要解决的一个首要问题就是如何实现传感材料的集成化。石墨烯作为一种具有良好机械性能、高导热率、高载流子迁移率的碳材料,是制备柔性电子器件的理想传感材料。随着石墨烯大规模的快速发展,制取图案化石墨烯在柔性传感设备的应用中变得越来越重要。目前图案化石墨烯材料的常用方法多是光刻技术与喷墨打印等,但这些方法并不适用于大规模生产。因此,本论文提出了一种利用在亲/疏水表面浸润性的不同制备图案化石墨烯阵列的方法,利用石墨烯阵列设计构建了多功能可穿戴式传感器。同时制备了石墨烯复合凝胶,与石墨烯阵列结合进一步构建了用于伤口护理的多功能可穿戴传感器。具体工作如下:1.提出了一种图案化石墨烯阵列制备的新方法,即利用氧化石墨烯(GO)溶液在亲/疏水柔性基底表面浸润性的不同快速制备GO阵列。医用纱布作为柔性基底材料,利用乙烯基三氯硅烷将纱布表面处理为疏水表面,再附上具有图案的掩模板对疏水性纱布进行等离子表面处理,使需要图案化的部分具有亲水性。GO溶液浸润到纱布亲水表面,形成图案化GO阵列。将GO阵列化学还原,即可实现还原氧化石墨烯(r GO)阵列的简单、快速、低成本制备。2.利用GO/rGO阵列构建了可以同时监测温度/湿度/压力的多功能可穿戴式传感器。该传感器分为三个传感层:上层GO阵列用于湿度检测,中间层Ecoflex薄膜夹在两个rGO阵列之间形成电容式传感层用于压力检测,其中底部rGO阵列用于人体温度检测。利用层压法,将各个传感层集成于一体,使每个传感层阵列中各个像素点分别对应,来构建多功能可穿戴式传感器。详细探讨了各个传感层的响应性能及检测信号之间的相互影响情况。实现了对外界温度、湿度、感应触摸及人体关节运动等的同时监测,直观反映温度/湿度/压力的空间分布情况。3.制备了石墨烯复合凝胶作为药物载体,研究了其对pH的敏感性和抗菌性。利用图案化石墨烯阵列与之结合构建了面向伤口护理的pH监测与药物释放的多功能可穿戴式传感器。该传感器分为两个个传感单元:石墨烯复合凝胶作为给药系统用于释放药物、rGO阵列用于pH检测。两个传感单元并列排布在医用胶布上构建多功能可穿戴式传感器,实现对伤口处p H实时监测以及伤口pH范围内按需给药的功能。
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