石墨烯基可穿戴传感器在医疗保健领域的应用

石墨烯因具有重量轻、导电性能极佳的优势而备受世人瞩目，并被广泛应用于各种功能材料和智能器件中。由于市场需求的激增，可穿戴传感器已经广泛应用于众多领域，如运动检测、人工智能、假肢皮肤、智能机器人、人机界面和人机交互等。随着柔性感知电子器件的快速发展，石墨烯基可穿戴传感器在医疗保健领域发挥着越来越重要的作用。

据麦姆斯咨询报道，近期，来自孟加拉国纺织大学（Bangladesh University of Textiles）的研究人员在Advanced Sensor Research期刊上发表了题为“Advances in Functionalized Applications of Graphene-Based Wearable Sensors in Healthcare”的综述性文章，全面概括了石墨烯基可穿戴传感器的发展进程和人体健康监测技术的最新趋势。

 

在该综述中，作者首先讨论了应用于医疗保健领域的石墨烯基可穿戴传感器的各种制造技术；随后，详细介绍了石墨烯基可穿戴传感器在医疗领域的广泛应用，以及其用于健康问题监测的传感机制；接着，作者总结了石墨烯基可穿戴传感器的最新发展，以及其所面临的挑战和解决这些挑战的潜在方法；最后，作者阐述了应用于医疗保健领域的石墨烯基可穿戴传感器的未来研究方向，以期推进可穿戴传感器的发展，从而为人类和动物谋取更多的福祉。

用于人体检测的石墨烯基可穿戴传感器示意图

石墨烯基可穿戴传感器的各种制造技术

石墨烯基可穿戴传感器在医疗保健领域的应用

作为一项新兴技术，石墨烯基可穿戴传感器具有良好的发展潜力，将对医疗保健领域的发展产生积极影响。然而，其仍然面临着许多需要解决的挑战和限制。

石墨烯基可穿戴传感器面临的首要挑战是高难度和复杂的石墨烯合成工艺。目前，研究人员已经开发出多种不同的石墨烯生产工艺，但遗憾的是，没有任何一种工艺是完美的。例如，化学气相沉积法生产的石墨烯具有产量大、质量高且层数可控的优势，因而成为最有希望实现石墨烯工业化生产的方法之一，但该方法的转移过程效率不高。同样，剥落法具有成本低、方法简单的优势，但利用其制备的石墨烯的尺寸和层数无法得到适当控制。

另一个值得关注的问题是石墨烯基复合材料的生物相容性。研究发现，部分石墨烯基复合材料具有生物相容性，但也有一些是具有毒性的。目前，研究人员已经利用鱼类、植物、真菌、细菌等对石墨烯的毒性进行了研究。研究结果表明，石墨烯对这些生物的影响大多是负面的，并且其影响具有一定的种属差异。在后续的研究中，需要进一步明确石墨烯对人类健康和环境的影响，以使其开发和使用过程更具可持续性和人类友好性。

此外，虽然石墨烯电极具有一定的柔性，但由应力导致的腐蚀开裂现象时有发生（尤其是应用于心电图检测时），从而导致器件的电子阻抗增加，并进一步导致器件灵敏度的降低。目前，研究人员正在致力于研究一些新技术来提高其柔性和耐用性。例如，通过加入银纳米线或碳纳米管这样的桥接材料可以提高器件的机械稳定性。此外，还可以通过构建离子键和π−π键，在器件衬底和纳米材料之间形成“砖墙结构（brick and motar）”，从而提高传感器的整体稳定性。

同样值得注意的是，石墨烯基可穿戴传感器在检测信号时显示出较窄的传感范围，无法满足实际应用需求。因此，需要通过进一步研究，开发出高灵敏度、宽检测范围的石墨烯基可穿戴传感器。此外，舒适性也是可穿戴传感器必须具备的特性。研究发现，目前，大多数可穿戴传感器利用传统的胶带或绷带将传感器固定在人体或皮肤上，这可能会给使用者带来不适。因此，需要开发自粘性可穿戴传感器，这可以通过使用受壁虎启发的仿生微纤维、超薄封装材料、带有可溶胀尖端的微针阵列或化学粘合剂（例如聚多巴胺）来实现。

此外，在理想的状态下，可穿戴传感器应只对人体本身的生理变化产生响应，而不受环境因素的影响。然而，由于石墨烯是一种非常敏感的材料，其可能会因为温度、湿度或pH值的变化而产生不同的响应。因此，需要对石墨烯基可穿戴传感器进行进一步的研究，以防止其受外界因素的影响。

最后，对于可穿戴传感器的长期使用，可持续能源供给是一个潜在的问题，通过整合自供电发电机可以缓解这一问题。例如，摩擦纳米发电机可以从环境和人体运动中收集能量，将其与石墨烯基可穿戴传感器整合在一起，可以使其具有自供电能力。

        审核编辑：彭菁