作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 聚氨酯-PDMS芯鞘纳米网状导体的制备与表征
(甲至丙)制造工艺示意图
(四)对应的(四)聚氨酯纳米纤维片、(五)聚氨酯-PDMS核壳纳米网、(六)金/聚氨酯-PDMS纳米网导体的显微图像
裸聚氨酯纳米纤维片和聚氨酯-PDMS纳米网的应变-应力曲线
(8)裸聚氨酯纳米网格导体和聚氨酯-PDMS纳米网格导体的薄层电阻的比较(N = 10)；嵌入的扫描电镜图像显示了两种器件独特的结结构
(一)两瓶水含量的比较(一瓶不盖，一瓶被装置盖)
学分:科学进步，doi: 10
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abb7043 舒适的应变仪可以直接放置在人体皮肤上，以监测连续的运动活动，广泛应用于机器人、人体运动检测和个人保健
然而，开发一种皮肤应变仪来监测长期人体运动而不干扰皮肤的自然运动是具有挑战性的
在最新的《科学进展》报告中，王艳和东京大学和日本紧急事件科学中心的一组电子工程科学家展示了一种超薄耐用的纳米网应变仪
该装置允许连续的运动活动，以最小化对自然皮肤运动的机械约束
他们使用增强的聚氨酯-聚二甲基硅氧烷(聚氨酯-PDMS)纳米网设计了该设备，以获得卓越的可持续性和耐用性
该装置的几何形状和柔软性为自然皮肤变形提供了最小的机械干扰
例如，在语音测试中，附着纳米网格的面部显示出类似于没有纳米网格的自然皮肤的皮肤应变图
王等
演示了使用表面绑定纳米网格传感器检测实时稳定身体运动的长期面部映射
设计纳米网格 用于皮肤应用的可穿戴电子设备设计为薄、软且耐用，可与人体皮肤结合，用于持续的长期应用
应变仪因其在健康诊断人机界面中的应用而引起了生物工程的极大兴趣
软而高精度的应变计可用于连续测量生物器官功能
然而，它们有更简单的机制在机械变形后产生重复的电变化，用于连接生物系统
该装置只需要高机械顺应性、灵活性、灵敏度和生物相容性就能实现最佳功能
在这项工作中，王等人
开发了一种超薄耐用的纳米网应变仪，用于检测人体运动，同时最大限度地减少对自然皮肤的机械约束
他们使用聚氨酯-PDMS(聚氨酯-聚二甲基硅氧烷)来制造超轻质的纳米网格
12毫克/平方厘米，卓越的机械耐久性，适用于高循环拉伸和释放应用
研究小组使用这种装置成功地在长达3分钟的讲话过程中绘制了面部皮肤应变图
5小时，长期磨损后机械干扰最小
语音面部应变映射电阻测量设计
(一)接触垫位于聚氨酯-PDMS纳米网传感器的两端，在纳米网传感器制作完成后，通过有效的浸涂进行制作
(乙)放大照片的纳米网格传感器在人的脸上，红色的矩形代表接触垫
(3)接触垫的扫描电镜图像显示出明显且丰富的银纳米网附着
银纳米网的显微图像
纳米网格传感器和接触垫的电响应
纳米网格传感器在0-30%的应变范围内具有线性电阻变化，该应变范围足以用于语音期间的面部应变检测(25 %应变)
纳米网格传感器的规范因子计算为~6
13
接触垫显示出高达40%应变的应变不敏感拉伸性，这也比纳米网格传感器更具导电性
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abb7043 纳米网格的发展与表征 在实验过程中，该团队首先静电纺聚氨酯纳米纤维，形成长的毛发状纤维，形成可渗透纳米网格传感器的主干
在下一步中，他们将聚氨酯纳米纤维片浸入稀释的PDMS(聚二甲基硅氧烷)溶液中，使纳米纤维形成由PDMS环绕的随机束
王等
使材料经受温和的紫外线(UV)臭氧暴露以固化表面并促进表面亲水性(亲水性)以获得生物相容性
他们使用金沉积在两侧完成了该装置，并使用扫描电子显微镜观察了所得的聚氨酯-PDMS芯鞘
PDMS涂层增强了纳米纤维之间的互连性，从而提高了结构的完整性
与裸纳米纤维片相比，独立式聚氨酯-PDMS纳米网的机械强度大大提高，拉伸性更大，研究小组还检测了其透气性
耐久性试验作为应变仪，用于腕部弯曲监测10，000次循环
PDMS/己烷w/w: 1/160
a
10，000次手腕弯曲运动的阻力变化
b
分别显示弯曲和平坦状态的照片
c
使用移动数字显微镜进行10，000次屈曲测试后，纳米网格传感器在不同状态下的显微图像，证明了纳米网格的结构完整性得到良好维护，以及长期循环测试后设备与皮肤的一致性
学分:科学进步，doi: 10
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abb7043 可编程拉伸性和灵敏度 王等
通过改变PDMS浓度来有效地设计不同的纳米网格结构，以获得具有不同灵敏度和拉伸性的纳米网格应变计
然而，所有装置相对于其多孔结构保持相似的孔径分布
科学家将应变灵敏度定义为电阻的微小变化与长度的微小变化之比
不同的网格结构表现出不同的拉伸性和规格因子
在单轴拉伸过程中，每个器件的电阻以不同的速率增加
通过稀释PDMS溶液，他们有效地设计了具有不同拉伸性和灵敏度的纳米应变计
在超出容许范围的较高应变下，聚氨酯-PDMS网断开，导致纳米网破裂，而纳米网结构可以通过释放应变来保持
聚氨酯-PDMS纳米网格传感器的机电可持续性、可靠性和耐久性 为了了解设备的可持续性，研究小组在设备上施加了40%的应变达12小时
然后，他们进行了循环试验，以研究结构的机械耐久性，并注意到由于PDMS的机械性能，在最初的数百次循环中，阻力略有滞后
由于其惰性金表面，聚氨酯-PDMS纳米网的薄层电阻在环境条件下储存100天是稳定的，这表明其具有较长的储存期，非常适合实际应用
科学家们对纳米网格传感器进行了耐久性测试，使用了由多种纳米纤维支架构成的结构，包括聚乙烯醇、聚氨酯和聚对二甲苯涂层聚氨酯
与其他三种表现不那么有效的纳米网相比，聚氨酯-PDMS纳米网在100次循环中表现出均匀的循环应变
设备的可持续性、耐用性和长期稳定性
在40%应变下连续拉伸12小时的可靠且可逆的电响应
在30%应变下，频率从0
6至3
1赫兹
(五)60%应变下5000次循环拉伸/释放；insets分别显示0至30和4970至5000个周期(频率= 1赫兹)
在环境条件下储存3个月以上，电导率稳定(PDMS/己烷的重量比为1/160)
学分:科学进步，doi: 10
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abb7043 概念验证皮肤应变仪 在将纳米网附着到人体皮肤上后，研究小组用水雾喷洒表面，以保持稳定的附着
在实验过程中，佩戴纳米网格传感器的受试者几乎感觉不到这种接触
王等
将纳米网格传感器附着在面部右侧，并在左侧放置黑色矩形标记作为参考
当受试者清楚地说出字母“a”、“o”和“u”时，黑色标记记录的最高菌株在17
5%到25%，而纳米网格传感器的记录值为18
3至23
6%
因此，应变映射结果显示了面部左右两侧对称的皮肤应变分布，突出了纳米尺度设备在说话过程中对皮肤的最小机械约束
整合的纳米网可以穿3年
5小时无不适
研究小组随后扩大了实验范围，以检测脉搏引起的人体手腕上细微的皮肤变形
他们轻轻按压附着有纳米网传感器的人手腕的桡动脉，并实时采集振幅和频率，该设备可用于监测体育锻炼前后的信号
该构造保持了较高的线性拉伸性，以优异的顺应性检测大关节弯曲运动，从而防止皮肤破损或脱落
即使在10，000次弯曲/放松循环后，应变传感器仍保持有效的功能，以证明其结构完整性和皮肤与装置之间的一致性
在“a”、“u”和“o”语音过程中的面部皮肤应变映射，在面部右侧使用纳米网格传感器，在面部左侧使用黑色标记
(一)说话时一张脸的照片
“(二)说话时面部右侧的应变映射”一
“(三)说话时面部左侧的应变映射”
”(四)一张“你”说话时的脸部照片
”(E)在“u”的语音过程中面部右侧的应变映射
”(F)在“u”的语音过程中面部左侧的应变映射
”(G)在“o”的讲话过程中一张脸的照片
”(H)在“o”的语音过程中面部右侧的应变映射
“(一)在“o”的语音过程中面部左侧的应变映射
“照片信用(A、D、G):王艳；东京大学
学分:科学进步，doi: 10
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abb7043 通过这种方式，在这项工作中开发的基于聚氨酯-PDMS(聚氨酯-聚二甲基硅氧烷)的超软、多层纳米网与同一团队之前的工作相比更薄、更可拉伸
该结构在循环拉伸试验中表现出显著的耐久性和可持续性
机械耐久性是长期高精度实时皮肤监测测试的关键特征
纳米网格传感器非常适合一系列实际应用，包括远程个人健康监测、跟踪耐力运动表现以及作为皮肤-机器界面修复术
王等
建议在未来用更具成本效益的导电纳米材料代替金表面涂层来构建纳米电子
科学家们设想，这些结构将成为未来的皮肤/植入式电子设备，用于日常医疗监测活动
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