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- 能卷在血管上的壓力傳感器，彎曲時也能高精度測量
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2016/12/2
在血管上卷繞極薄的傳感器來測量血流速度。東京大學(xué)開發(fā)出了有助于實現(xiàn)這種體征傳感的技術(shù)，那就是彎曲時也不會受到變形影響、可準(zhǔn)確測量壓力的柔性傳感器。該校打算利用能夠貼在柔軟曲面上測量壓力的優(yōu)點，首先將其應(yīng)用于對觸診時施加的壓力進行定量化的“數(shù)字觸診”等用途。
這項技術(shù)是東京大學(xué)研究生院工程學(xué)研究科的染谷隆夫教授和博士研究員李晟源（Sungwon LEE）等人的研究成果。研究小組此次開發(fā)出了即便以80μm的極小曲率半徑彎曲也不會受到變形影響，能以業(yè)界最高靈敏度測量壓力的柔性傳感器。并已驗證，該傳感器可在像鼓起的氣球一樣的柔軟曲面上準(zhǔn)確測量壓力分布。
之所以能達到這種效果，是因為實現(xiàn)了厚度僅為3.4μm的極薄壓力傳感器。幾乎不會受到彎曲后與傳感器的厚度成正比發(fā)生的變形的影響。施加的壓力在0～70Pa之間變化時，電阻值會發(fā)生兩位數(shù)變化，壓力在0～600Pa之間變化時，電阻值會發(fā)生6位數(shù)以上的變化，可通過電氣方式讀取這種電阻變化。施加壓力時的響應(yīng)時間僅為20ms，解除壓力時為5ms。具有3000次以上的耐用性。
運用碳納米材料
為了實現(xiàn)非常薄的壓力傳感器，研究小組進行了兩點改進。第一是將聚酰亞胺基板的厚度減小至約1μm。
第二是通過使用納米纖維，實現(xiàn)了非常薄的電阻變化（壓敏）材料。在橡膠材料中摻入碳納米管和石墨烯，采用向尖尖的噴嘴施加高電壓使其噴射液狀材料的“靜電紡絲法”（Electro Spinning），制成了納米纖維。將這種納米纖維束用作電阻變化材料。施加壓力時，不僅納米纖維中的碳納米管和石墨烯的距離會靠近，而且納米纖維之間的粘附度也會提高，因此電阻值會降低。
可在柔軟的曲面上測量壓力分布
研究小組將此次開發(fā)的壓力傳感器與有機晶體管的有源矩陣相結(jié)合，試制出了可在柔軟的曲面上測量壓力分布的多點壓力傳感器。并已證實，將其粘貼在氣球表面時，即便氣球大幅變形，也能高精度測量壓力分布。
可測量人工血管的“動脈血流”
研究小組還將此次的傳感器安裝在用硅膠制成的人工血管的外壁上，測量了人工心臟裝置產(chǎn)生的模擬的動脈血流的流速。這是根據(jù)壓力的傳遞測量流速，由于此次開發(fā)的傳感器具有很高的響應(yīng)速度，因此可用于這種用途。據(jù)介紹，實驗使用的人工血管是用于動物實驗的血管，特性與真實血管幾乎相同。
為了使該傳感器投入實用，還要解決一些課題，例如，要讓在橡膠材料中均勻摻入碳納米管和石墨烯的工藝支持量產(chǎn)。而且，目前使用的是需要很高壓力的氣流粉碎（Jet Milling）法，需要降低這種方法的壓力。（記者：大下 淳一，《日經(jīng)數(shù)字健康》）
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