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液態(tài)金屬 硅膠壓力傳感器,逆發(fā)結(jié)羅

發(fā)布日期:2022-04-07 瀏覽次數(shù):2653

  液態(tài)金屬Liquid metal,代表了一類在室溫或接近室溫時為液態(tài),且具有高導(dǎo)電性的新材料,可在柔性和可穿戴傳感器中,實現(xiàn)一系列電子應(yīng)用。尤其是,目前診斷胃腸動力障礙的測壓成本高昂,并且受制于復(fù)雜和笨重的儀器。這種測壓評估胃腸gastrointestinal(GI)道的張力和收縮模式,卻又是診斷病癥的必須步驟。

  近日,麻省理工學(xué)院Giovanni Traverso團隊Kewang Nan一作在Nature Biomedical Engineering上發(fā)文,報道開發(fā)了一種廉價且易于制造的導(dǎo)管類生物傳感器,該設(shè)備用于捕獲在人類胃腸道動態(tài)范圍內(nèi)的測壓數(shù)據(jù)。這種設(shè)備設(shè)計類似于Quipu,即安第斯Andean文明用來捕捉和傳輸信息的打結(jié)線,并且是由打結(jié)的壓阻壓力傳感器組成,這些傳感器是通過薄硅膠管注入液態(tài)金屬(共晶鎵銦)制成的。通過探索一系列打結(jié)配置,確定了最佳設(shè)計方案,其傳感性能與用于胃腸道測壓的商業(yè)設(shè)備相當(dāng),并在麻醉豬胃腸道多個解剖部位,驗證了胃腸道運動傳感主要性能。一次性和可定制的壓阻導(dǎo)管,可以擴大胃腸道測壓在低資源環(huán)境中的應(yīng)用。

  通過硅膠-液態(tài)金屬壓力傳感器進行低成本胃腸測壓,類似于奇普quipu。(小注:奇普quipu,是古代印加人一種結(jié)繩記事的方法,用來計數(shù)或者記錄歷史。由許多顏色的繩結(jié)編成的。這種結(jié)繩記事方法目前已經(jīng)失傳,復(fù)雜而隱秘


圖1奇普quipu



圖2:提高傳感器性能的實驗和數(shù)值方法

圖3:多路復(fù)用測量策略。

圖4:奇普quipu用胃腸測壓的體內(nèi)演示。


圖5:根據(jù)臨床可用的壓力傳感器對奇普quipu進行基準測試。

  該項研究,融合液態(tài)金屬的應(yīng)用潛力,實現(xiàn)了奇普Quipu結(jié)繩仿生,開發(fā)了新型液態(tài)金屬壓力傳感器(Quilt),用于在人類胃腸道的動態(tài)范圍內(nèi)實現(xiàn)所需壓力靈敏度。這種簡單的制造方案,可以使用基本的工作臺工具完成,使設(shè)備成本低于每厘米0.26美元。

  從實用角度來看,一次性使用超低成本測壓設(shè)備,有望將該技術(shù)擴展到資源有限的地區(qū)。即使在資源豐富的地區(qū)或機構(gòu)中,這種一次性裝置也可以進一步最小化交叉污染的風(fēng)險,并增加預(yù)定病例的處理量,因為在病例之間不需要內(nèi)置時間來進行裝置凈化。一次性導(dǎo)管的其他優(yōu)點,包括避免了當(dāng)前昂貴導(dǎo)管的重復(fù)維護和維修成本,以及當(dāng)多用戶導(dǎo)管需要維修時,最大限度地減少了臨床護理中的潛在延遲。


  原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41551-022-00859-5https://doi.org/10.1038/s41551-022-00859-5