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香港大學利用阿基米德螺旋設計溫度傳感器 實現人體器官精確測溫

作者:張帥說傳感
來源:傳感器專家網
日期:2020-06-30 09:28:21
摘要:香港大學的Paddy Chan和他的同事在人體皮膚上開發了機械振動觸覺裝置,可以模擬人體的觸摸感受,已經使用基于鎵的應變傳感器來檢測虛擬現實場景中的身體運動。
關鍵詞:溫度傳感器

  用于健康監測的柔性電子器件一直是醫療器械發展的主要方向之一。微米厚度的超薄器件在測量生理信號方面具有良好的一致性和良好的性能,與傳統的剛性襯底電子器件相比,靈活的設備可以最大限度地減少受試者的機械失配、刺激和不適。此外,通過顯著降低接觸阻抗,器件的共形性也可以獲得更好的信噪比(SNR)。

  迄今為止,各種類型的柔性傳感器已被開發用于生物醫學和共形應用,已經演示了體溫、動脈壓、和血壓等物理信號的傳感器,以及心電圖(ECG)、肌電圖(EMG)和腦電圖(EEG)等電信號的傳感器,總厚度為630?nm的超薄傳感器被集成到醫用導管上,以實時監測患者的炎癥水平。除了傳感功能外,柔性電子設備還被應用于帶有反饋的人機界面(HMI)設備中。

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  柔性傳感器在醫療保健中的一個示例用途是柔性熱致動器,其以稱為熱消融的程序傳遞集中的局部熱量以破壞組織。這些裝置可以附著在手術工具上或直接附著在組織上,通常通過以蛇形或半環圓形設計圖案化電極來使其可拉伸。

  半回路圓形設計的問題在于,在回路的急轉彎處會出現薄弱點,從而在拉伸或承受大電流時會導致電極擊穿。此外,大多數現有設備的加熱溫度都不會超過50℃,那些確實缺少溫度感應功能的設備。擴大加熱溫度范圍并在設備中集成熱傳感器將使外科醫生能夠測量器官溫度并提供更精確的熱量進行消融。

  近日,香港大學的Paddy Chan和他的同事在人體皮膚上開發了機械振動觸覺裝置,可以模擬人體的觸摸感受,已經使用基于鎵的應變傳感器來檢測虛擬現實場景中的身體運動。在此次研究中,研究人員使用阿基米德螺旋設計可以創建一個靈活的熱致動器兼溫度傳感器,該傳感器連接到器官上以進行精確的溫度感測和熱消融。

  與半環圓形設計不同,阿基米德螺旋形圖案沒有弱點,并且它們的高長寬比確保了高阻力。為了形成集成的致動器-傳感器設備,將通過光刻法產生的金和鉻螺旋沉積在1.5μm的聚對二甲苯薄層上,并用另一個500 nm聚對二甲苯封裝。實驗表明,該裝置自然包裹了器官,從而使執行器能夠傳遞足夠的熱量來破壞肝臟組織。該設備在25-60℃之間顯示出線性感應和加熱響應,可以在不到10分鐘的時間內將組織燒傷至2毫米深。與傳統的射頻熱消融相比,要達到50℃,需要大約50 W或更高的功率輸入,這些柔性設備僅需要300 mW。

  當一個執行器傳感器設備連接到外科手術機械手上,另一執行器傳感器設備連接在丁腈手套上時,這兩個設備會相互作用,從而使手套佩戴者能夠在10秒內感應到機械手所經歷的熱量。

  該論文的第一作者艾伯特·勞特說:“這種熱敏手套非常有用,因為外科醫生現在可以在進行熱消融之前和之后通過機械手來'感覺'器官的溫度,預期這種類型的人機交互將提供更精確的方法來熱消融組織。”