应用于可穿戴医疗传感器的超薄纤维网技术

皮肤上的医疗传感器和可穿戴健康设备是重要的医疗保健工具，它们必须具有难以置信的灵活性和超薄性，以便能够随人体移动。此外，它们也必须能够承受弯曲和拉伸等动作，并且需要具有透气性，以防止外界刺激和不适。这些设备的另一个重要安全特性是所需的过热保护电路。这可以防止设备过热并灼伤佩戴者。开发这些传感器的任何新技术都必须满足这些需求。

近日，有研究人员演示了传感器的一个重要部件热敏电阻是如何使用超薄的纤维网构造的。热敏电阻是电阻的一种，其电阻随温度变化很大。

日本新竹大学电气与计算机工程系助理教授Chihiro Okutani表示：“过热保护电路是必须的，它可以避免柔性设备在操作过程中烧伤生物组织。其中一个候选者是聚合物正温度系数（PTC）热敏电阻，它在较窄的温度范围内电阻会大幅增加。这种热敏电阻要应用于皮肤医学传感器，它们必须能够伸缩和弯曲到几百微米。然而，制造这样的热敏电阻仍然具有挑战性，它的温度特性在缠绕至弯曲半径小于1毫米的针头上时而不会恶化。”

这项技术能够实现将针头包裹起来是很重要的，因为在使用过程中，有时传感器会连接到针头或导管上。为了实现这一点，热敏电阻需要是超薄的。研究人员使用了一种称为静电纺丝的技术来制造超薄网状聚合物PTC热敏电阻。静电纺丝技术利用电流产生微小的纤维。该纤维可以由不同的材料制成，但在这种情况下，研究人员使用了复合材料的解决方案。

然后对新设计的热敏电阻进行测试，以确保其达到与现有技术类似的性能。与典型的薄膜型热敏电阻一样，网状聚合物PTC热敏电阻的电阻值增加了三个数量级，这是防止过热和烧伤的重要特性。通过使用网状结构，热敏电阻还实现了透明度，这可以帮助传感器融入皮肤，并实现气体渗透性。气体渗透是必要的，因为它可以防止外界刺激和不适。Okutani表示：“我们还通过在1.4微米的超薄薄膜上制作纤维，演示了将其包裹在280微米针头上的热敏电阻的操作。”

即使有了这个纤维层，它可以提供网状结构和附加的热感应，热敏电阻仍然非常薄。这一点很重要，因为任何可穿戴的医疗设备都必须能够承受弯曲，而当设备变薄时，应变也会减少。

尽管这种热敏电阻技术很有前途，但还需要进行更多的研究，以使其成为市场上现有热敏电阻的可靠替代品。由于导电路径数量有限，网状热敏电阻的初始电阻值较高。研究人员提出，减少网格中纤维之间的间距或增加使用的电极数量可以解决其中一些问题，但还需要进行额外的测试。

Okutani表示：“我们的下一步是开发热敏电阻的实际应用。我们相信，超柔性和透气性热敏电阻可以作为皮肤或植入式设备的过热预防元器件，使柔性传感器操作更安全、更可靠。”

编辑：黄飞