Elektronik tekstil sing bisa dipakai pancen dikarepake kanggo ngetrapake manajemen kesehatan pribadi.Nanging, umume elektronik tekstil sing dilaporake bisa nargetake sinyal fisiologis siji utawa ora ngerti rincian sinyal kasebut, sing nyebabake penilaian kesehatan parsial.Kajaba iku, tekstil kanthi properti lan kenyamanan sing apik isih dadi tantangan.Ing kene, kita nglaporake susunan sensor kabeh-tekstil triboelektrik kanthi sensitivitas lan kenyamanan tekanan dhuwur.Iki nuduhake sensitivitas tekanan (7,84 mV Pa−1), wektu nanggepi cepet (20 ms), stabilitas (> 100.000 siklus), bandwidth frekuensi kerja sing amba (nganti 20 Hz), lan bisa dicuci mesin (>40 cuci).TATSA sing digawe dijahit menyang macem-macem bagean sandhangan kanggo ngawasi gelombang pulsa arteri lan sinyal pernapasan bebarengan.Kita luwih ngembangake sistem pemantauan kesehatan kanggo penilaian jangka panjang lan noninvasif penyakit kardiovaskular lan sindrom apnea turu, sing nuduhake kemajuan gedhe kanggo analisis kuantitatif sawetara penyakit kronis.
Elektronik sing bisa dipakai minangka kesempatan sing nggumunake amarga aplikasi sing njanjeni ing obat khusus.Dheweke bisa ngawasi kahanan kesehatan individu kanthi terus-terusan, wektu nyata, lan ora invasif (1–11).Pulsa lan ambegan, minangka rong komponen penting saka tandha-tandha vital, bisa menehi penilaian sing akurat babagan kahanan fisiologis lan wawasan sing luar biasa babagan diagnosis lan prognosis penyakit sing gegandhengan (12-21).Nganti saiki, umume elektronik sing bisa dipakai kanggo ndeteksi sinyal fisiologis subtle adhedhasar substrat ultrathin kayata polietilena tereftalat, polydimethylsiloxane, polimida, kaca, lan silikon (22-26).A drawback saka substrat iki kanggo nggunakake ing kulit dumunung ing planar lan format kaku.Akibaté, kaset, Band-Aids, utawa peralatan mekanik liyane dibutuhake kanggo nggawe kontak sing kompak antarane elektronik sing bisa dipakai lan kulit manungsa, sing bisa nyebabake iritasi lan ora nyaman sajrone panggunaan sing dawa (27, 28).Kajaba iku, substrat kasebut duwe permeabilitas udara sing kurang, nyebabake rasa ora nyaman nalika digunakake kanggo pemantauan kesehatan sing terus-terusan.Kanggo ngenthengake masalah kasebut ing perawatan kesehatan, utamane ing panggunaan saben dina, tekstil cerdas nawakake solusi sing bisa dipercaya.Tekstil kasebut nduweni karakteristik alus, bobot entheng, lan breathability lan, kanthi mangkono, potensial kanggo nyadari kenyamanan ing elektronik sing bisa dipakai.Ing taun-taun pungkasan, upaya intensif wis ditindakake kanggo ngembangake sistem berbasis tekstil ing sensor sensitif, panen energi, lan panyimpenan (29-39).Utamane, riset sukses wis dilaporake babagan serat optik, piezoelektrik, lan tekstil cerdas berbasis resistivity sing ditrapake kanggo ngawasi sinyal pulsa lan ambegan (40-43).Nanging, tekstil pinter iki biasane duwe sensitivitas sing kurang lan parameter pemantauan siji lan ora bisa diprodhuksi ing skala gedhe (tabel S1).Ing kasus pangukuran pulsa, informasi rinci angel dijupuk amarga fluktuasi pulsa sing samar lan cepet (contone, titik fitur), lan kanthi mangkono, sensitivitas dhuwur lan kinerja respon frekuensi sing cocog dibutuhake.
Ing panaliten iki, kita introduce triboelectric kabeh-tekstil Uploaded sensor (TATSA) karo sensitivitas dhuwur kanggo epidermal subtle meksa njupuk, rajutan karo konduktif lan benang nilon ing jahitan cardigan lengkap.TATSA bisa nyedhiyakake sensitivitas tekanan dhuwur (7,84 mV Pa−1), wektu nanggepi cepet (20 ms), stabilitas (> 100,000 siklus), bandwidth frekuensi kerja sing amba (nganti 20 Hz), lan bisa dicuci mesin (>40 cuci).Bisa nggabungake kanthi trep menyang sandhangan kanthi kawicaksanan, kenyamanan, lan daya tarik estetis.Utamane, TATSA kita bisa langsung digabung menyang macem-macem situs kain sing cocog karo gelombang pulsa ing gulu, bangkekan, pucuk driji, lan tungkak lan gelombang pernapasan ing weteng lan dada.Kanggo ngevaluasi kinerja TATSA sing apik banget ing pemantauan kesehatan wektu nyata lan jarak jauh, kita ngembangake sistem pemantauan kesehatan cerdas khusus kanggo terus-terusan entuk lan nyimpen sinyal fisiologis kanggo analisis penyakit kardiovaskular (CAD) lan penilaian sindrom apnea turu (SAS). ).
Minangka gambaran ing Fig. 1A, loro TATSAs padha stitched menyang cuff lan dodo saka klambi kanggo mbisakake ngawasi dinamis lan simultaneous saka pulsa lan sinyal ambegan, mungguh.Sinyal fisiologis kasebut dikirim kanthi nirkabel menyang aplikasi terminal seluler cerdas (APP) kanggo analisis status kesehatan luwih lanjut.Figure 1B nuduhake TATSA stitched menyang Piece saka kain, lan inset nuduhake tampilan nggedhekake saka TATSA, kang dirajut nggunakake benang konduktif karakteristik lan benang nilon komersial bebarengan ing jahitan cardigan lengkap.Dibandhingake karo jahitan polos dhasar, cara nyulam sing paling umum lan dhasar, jahitan kardigan lengkap dipilih amarga kontak antarane kepala daur ulang saka benang konduktif lan kepala jahitan tuck jejer saka benang nilon (anjir. S1) minangka permukaan. tinimbang kontak titik, anjog menyang area akting luwih gedhe kanggo efek triboelectric dhuwur.Kanggo nyiapake benang konduktif, kita milih baja tahan karat minangka serat inti tetep, lan sawetara potongan benang Terylene siji-lapis digulung ing serat inti dadi siji benang konduktif kanthi diameter 0,2 mm (anjir. S2), sing dadi. lumahing elektrifikasi lan elektroda konduktor.Benang nilon, sing diametere 0,15 mm lan dadi permukaan elektrifikasi liyane, nduweni gaya tarik sing kuat amarga dipintal kanthi benang sing ora bisa diitung (gambar S3).Gambar 1 (C lan D, masing-masing) nuduhake foto benang konduktif lan benang nilon sing digawe.Inset nuduhake gambar scanning electron microscopy (SEM) masing-masing, sing nampilake bagean salib khas benang konduktif lan permukaan benang nilon.Kekuwatan tegangan dhuwur saka benang konduktif lan nilon njamin kemampuan tenun ing mesin industri kanggo njaga kinerja seragam kabeh sensor.Kaya sing dituduhake ing Fig. 1E, benang konduktif, benang nilon, lan benang biasa ditabuh ing kerucut dhewe-dhewe, sing banjur dimuat ing mesin nyulam datar komputerisasi industri kanggo tenun otomatis (film S1).Kaya sing dituduhake ing anjir.S4, sawetara TATSA dirajut bebarengan karo kain biasa nggunakake mesin industri.TATSA tunggal kanthi kekandelan 0,85 mm lan bobote 0,28 g bisa disesuaikan saka kabeh struktur kanggo panggunaan individu, nuduhake kompatibilitas sing apik karo kain liyane.Kajaba iku, TATSA bisa dirancang ing macem-macem werna kanggo nyukupi syarat estetis lan modis amarga saka macem-macem benang nilon komersial (Fig. 1F lan anjir. S5).TATSA sing digawe duwe kelembutan sing apik lan kapasitas kanggo nahan lentur utawa deformasi sing atos (anjir. S6).Gambar 1G nuduhake TATSA sing dijahit langsung menyang weteng lan manset sweter.Proses nyulam sweter ditampilake ing anjir.S7 lan film S2.Rincian sisih ngarep lan mburi TATSA sing digawe dowo ing posisi weteng ditampilake ing anjir.S8 (A lan B, mungguh), lan posisi benang konduktif lan benang nilon digambarake ing anjir.S8C.Bisa dideleng ing kene yen TATSA bisa dipasang ing kain biasa kanthi lancar kanggo tampilan sing wicaksana lan cerdas.
(A) Loro TATSA digabungake menyang klambi kanggo ngawasi pulsa lan sinyal ambegan ing wektu nyata.(B) Ilustrasi skematis kombinasi TATSA lan sandhangan.Inset nuduhake tampilan sensor sing luwih gedhe.(C) Foto benang konduktif (bar skala, 4 cm).Inset yaiku gambar SEM saka bagean silang benang konduktif (bar skala, 100 μm), sing kasusun saka stainless steel lan benang Terylene.(D) Foto saka benang nilon (bar skala, 4 cm).Inset yaiku gambar SEM saka permukaan benang nilon (bar skala, 100 μm).(E) Gambar mesin nyulam datar komputerisasi sing nindakake tenun otomatis TATSA.(F) Foto TATSA kanthi warna sing beda-beda (bar skala, 2 cm).Inset kasebut yaiku TATSA bengkong, sing nuduhake kelembutan sing apik banget.(G) Foto saka rong TATSA rampung lan dijahit kanthi lancar dadi sweter.Kredit foto: Wenjing Fan, Universitas Chongqing.
Kanggo nganalisa mekanisme kerja TATSA, kalebu sifat mekanik lan listrik, kita mbangun model rajutan geometris TATSA, kaya sing ditampilake ing Gambar 2A.Nggunakake jahitan kardigan lengkap, benang konduktif lan nilon disambungake ing wangun unit loop ing arah lan arah wale.Struktur daur ulang tunggal (gambar S1) kasusun saka sirah daur ulang, lengen daur ulang, bagean nyebrang rusuk, lengen jahitan tuck, lan sirah jahitan tuck.Rong wujud permukaan kontak ing antarane rong benang sing beda bisa ditemokake: (i) permukaan kontak antarane kepala daur ulang benang konduktif lan kepala jahitan tuck saka benang nilon lan (ii) permukaan kontak antarane sirah daur ulang saka tenunan nilon lan sirah jahitan tuck saka benang konduktif.
(A) TATSA karo sisih ngarep, sisih tengen, lan ndhuwur puteran rajutan.(B) Asil simulasi distribusi gaya saka TATSA ing tekanan 2 kPa nggunakake piranti lunak COMSOL.(C) Ilustrasi skematis transfer daya saka unit kontak ing kahanan short-circuit.(D) Asil simulasi distribusi daya saka unit kontak ing kondisi mbukak sirkuit nggunakake piranti lunak COMSOL.
Prinsip kerja TATSA bisa diterangake ing rong aspek: stimulasi gaya eksternal lan pangisian daya.Kanggo intuisi ngerti distribusi kaku kanggo nanggepi stimulus pasukan external, kita nggunakake analisis unsur winates nggunakake piranti lunak COMSOL ing pasukan external beda 2 lan 0,2 kPa, minangka mungguh ditampilake ing Fig. 2B lan anjir.S9.Kaku katon ing permukaan kontak saka rong benang.Kaya sing dituduhake ing anjir.S10, kita nganggep rong unit daur ulang kanggo njlentrehake distribusi stres.Ing mbandhingake distribusi kaku ing rong gaya eksternal sing beda-beda, stres ing permukaan benang konduktif lan nilon mundhak kanthi gaya eksternal sing tambah, nyebabake kontak lan ekstrusi ing antarane rong benang kasebut.Sawise pasukan njaba dibebasake, loro benang kasebut misah lan pindhah saka siji liyane.
Obahe kontak-misah antarane benang konduktif lan benang nilon ngindhuksi transfer daya, kang lantaran kanggo magepokan saka triboelectrification lan induksi elektrostatik.Kanggo njlentrehake proses ngasilake listrik, kita nganalisa bagean salib ing wilayah ing ngendi loro benang kontak karo saben liyane (Fig. 2C1).Minangka dituduhake ing Fig. 2 (C2 lan C3, mungguh), nalika TATSA dirangsang dening pasukan njaba lan loro tenunan kontak karo saben liyane, electrification dumadi ing lumahing konduktif lan nilon benang, lan biaya padha karo ngelawan. polaritas digawe ing permukaan loro benang.Sawise loro benang kapisah, biaya positif diakibatake ing stainless steel njero amarga efek induksi elektrostatik.Skema lengkap ditampilake ing anjir.S11.Kanggo entuk pangerten sing luwih kuantitatif babagan proses ngasilake listrik, kita simulasi distribusi potensial TATSA nggunakake piranti lunak COMSOL (Fig. 2D).Nalika loro bahan ing kontak, muatan utamané nglumpukake ing materi gesekan, lan mung jumlah cilik saka daya mlebu ing elektroda, asil ing potensial cilik (Fig. 2D, ngisor).Nalika rong bahan kasebut dipisahake (Fig. 2D, ndhuwur), muatan induksi ing elektroda mundhak amarga beda potensial, lan potensial sing cocog mundhak, sing nuduhake asil sing cocog karo asil eksperimen lan simulasi. .Salajengipun, wiwit elektroda nindakake saka TATSA wis kebungkus ing tenunan Terylene lan kulit ing kontak karo loro bahan gesekan, mulane, nalika TATSA wis rusak langsung menyang kulit, daya gumantung ing pasukan njaba lan ora bakal. dadi weakened dening kulit.
Kanggo menehi ciri kinerja TATSA ing macem-macem aspek, kita nyedhiyakake sistem pangukuran sing ngemot generator fungsi, amplifier daya, shaker elektrodinamika, pengukur gaya, elektrometer, lan komputer (gambar S12).Sistem iki ngasilake tekanan dinamis eksternal nganti 7 kPa.Ing eksperimen, TATSA diselehake ing sheet plastik warata ing negara free, lan sinyal electrical output direkam dening electrometer.
Spesifikasi benang konduktif lan nilon mengaruhi kinerja output TATSA amarga nemtokake permukaan kontak lan kapasitas kanggo ngerteni tekanan eksternal.Kanggo neliti iki, kita nggawe telung ukuran saka rong benang, masing-masing: benang konduktif kanthi ukuran 150D / 3, 210D / 3, lan 250D / 3 lan benang nilon kanthi ukuran 150D / 6, 210D / 6, lan 250D. /6 (D, denier; unit pangukuran sing digunakake kanggo nemtokake kekandelan serat saka benang individu; kain kanthi jumlah denier dhuwur cenderung kandel).Banjur, kita milih loro benang iki kanthi ukuran sing beda-beda kanggo dirajut dadi sensor, lan ukuran TATSA disimpen ing 3 cm kanthi 3 cm kanthi nomer daur ulang 16 ing arah wale lan 10 ing arah kursus.Mangkono, sensor kanthi sangang pola nyulam dipikolehi.Sensor kanthi benang konduktif kanthi ukuran 150D/3 lan benang nilon kanthi ukuran 150D/6 minangka sing paling tipis, lan sensor kanthi benang konduktif kanthi ukuran 250D/3 lan benang nilon kanthi ukuran 250D/ 6 iku paling kandel.Ing eksitasi mekanik 0,1 nganti 7 kPa, output listrik kanggo pola kasebut diselidiki lan diuji kanthi sistematis, kaya sing ditampilake ing Gambar 3A.Tegangan output saka sangang TATSA tambah kanthi tekanan sing ditrapake, saka 0,1 dadi 4 kPa.Khusus, saka kabeh pola nyulam, spesifikasi benang konduktif 210D / 3 lan benang nilon 210D / 6 ngasilake output listrik paling dhuwur lan nuduhake sensitivitas paling dhuwur.Tegangan output nuduhake tren nambah kanthi nambah kekandelan TATSA (amarga permukaan kontak sing cukup) nganti TATSA dirajut nggunakake benang konduktif 210D / 3 lan benang nilon 210D / 6.Minangka mundhak luwih ing kekandelan bakal mimpin kanggo panyerepan tekanan njaba dening benang, voltase output melorot patut.Salajengipun, kacathet yen ing wilayah tekanan rendah (<4 kPa), variasi linear sing tumindak apik ing tegangan output kanthi tekanan menehi sensitivitas tekanan sing unggul 7,84 mV Pa−1.Ing wilayah tekanan dhuwur (> 4 kPa), sensitivitas tekanan sing luwih murah saka 0,31 mV Pa-1 diamati kanthi eksperimen amarga kejenuhan area gesekan sing efektif.Sensitivitas tekanan sing padha dituduhake sajrone proses ngelawan nggunakake gaya.Profil wektu konkrit saka voltase output lan saiki ing tekanan beda ditampilake ing anjir.S13 (A lan B, mungguh).
(A) Tegangan output ing sangang pola nyulam benang konduktif (150D/3, 210D/3, lan 250D/3) digabungake karo benang nilon (150D/6, 210D/6, lan 250D/6).(B) Tanggepan voltase kanggo macem-macem nomer unit daur ulang ing area kain padha nalika tetep nomer daur ulang ing arah wale ora owah.(C) Plot sing nuduhake respon frekuensi ing tekanan dinamis 1 kPa lan frekuensi input tekanan 1 Hz.(D) Output lan tegangan saiki sing beda-beda ing frekuensi 1, 5, 10, lan 20 Hz.(E) Uji daya tahan TATSA ing tekanan 1 kPa.(F) Karakteristik output saka TATSA sawise ngumbah 20 lan 40 kaping.
Sensitivitas lan voltase output uga dipengaruhi dening Kapadhetan jahitan TATSA, sing ditemtokake kanthi jumlah total puteran ing area kain sing diukur.Tambah ing Kapadhetan jahitan bakal mimpin kanggo compactness luwih saka struktur kain.Figure 3B nuduhake kinerja output ing nomer daur ulang beda ing area tekstil 3 cm dening 3 cm, lan inset nggambarake struktur unit daur ulang (kita katahan nomer daur ulang ing arah mesthi ing 10, lan nomer daur ulang ing arah wae yaiku 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, lan 26).Kanthi nambah nomer daur ulang, voltase output pisanan nuduhake tren tambah amarga lumahing kontak nambah, nganti puncak voltase output maksimum 7,5 V karo nomer daur ulang 180. Sawise titik iki, voltase output ngetutake tren mudhun amarga TATSA dadi nyenyet, lan loro benang wis suda spasi kontak-pisah.Kanggo njelajah ing arah kang Kapadhetan wis impact gedhe ing output, kita katahan nomer daur ulang saka TATSA ing arah wale ing 18, lan nomer daur ulang ing arah mesthi disetel kanggo 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, lan 14. Tegangan output sing cocog ditampilake ing anjir.S14.Miturut comparison, kita bisa ndeleng sing Kapadhetan ing arah mesthi duwe pengaruh luwih ing voltase output.Akibaté, pola nyulam saka benang konduktif 210D / 3 lan benang nilon 210D / 6 lan 180 unit loop dipilih kanggo nyulam TATSA sawise evaluasi komprehensif karakteristik output.Salajengipun, kita mbandhingake sinyal output saka rong sensor tekstil nggunakake jahitan kardigan lengkap lan jahitan polos.Kaya sing dituduhake ing anjir.S15, output listrik lan sensitivitas nggunakake jahitan kardigan lengkap luwih dhuwur tinimbang sing nggunakake jahitan kosong.
Wektu respon kanggo ngawasi sinyal wektu nyata diukur.Kanggo nliti wektu nanggepi sensor kita kanggo pasukan external, kita mbandhingaké sinyal voltase output karo input meksa dinamis ing frekuensi saka 1 kanggo 20 Hz (Fig. 3C lan anjir. S16, mungguh).Bentuk gelombang voltase output meh padha karo gelombang tekanan sinusoidal input ing tekanan 1 kPa, lan bentuk gelombang output nduweni wektu respon sing cepet (udakara 20 ms).Histeresis iki bisa uga disebabake dening struktur elastis sing ora bali menyang negara asli sanalika bisa sawise nampa gaya njaba.Nanging, histeresis cilik iki bisa ditampa kanggo ngawasi wektu nyata.Kanggo entuk tekanan dinamis kanthi sawetara frekuensi tartamtu, respon frekuensi sing cocog saka TATSA wis samesthine.Mangkono, karakteristik frekuensi TATSA uga diuji.Kanthi nambah frekuensi macem eksternal, amplitudo voltase output tetep meh ora owah, dene amplitudo arus tambah nalika frekuensi nutul beda-beda saka 1 nganti 20 Hz (Fig. 3D).
Kanggo ngevaluasi pengulangan, stabilitas, lan daya tahan TATSA, kita nguji voltase output lan respon saiki kanggo siklus loading-unloading tekanan.Tekanan 1 kPa kanthi frekuensi 5 Hz ditrapake ing sensor.Tegangan lan arus puncak puncak kacathet sawise 100.000 siklus loading-unloading (Gambar 3E lan Gambar S17).Tampilan voltase lan gelombang saiki sing digedhekake ditampilake ing inset Fig. 3E lan anjir.S17, masing-masing.Asil kasebut nuduhake pengulangan, stabilitas, lan daya tahan sing luar biasa saka TATSA.Washability uga minangka kritéria penilaian penting saka TATSA minangka piranti kabeh-tekstil.Kanggo ngevaluasi kemampuan ngumbah, kita nyoba voltase output saka sensor sawise kita ngumbah mesin TATSA miturut American Association of Textile Chemists and Colorists (AATCC) Cara Test 135-2017.Prosedur ngumbah rinci diterangake ing Bahan lan Metode.Kaya sing dituduhake ing Fig. 3F, output listrik direkam sawise ngumbah 20 kaping lan 40 kaping, sing nuduhake yen ora ana owah-owahan sing beda saka voltase output sajrone tes cuci.Asil kasebut mbuktekake manawa bisa dicuci sing luar biasa saka TATSA.Minangka sensor tekstil wearable, kita uga nelik kinerja output nalika TATSA ana ing tensile (anjir. S18), bengkong (anjir. S19), lan asor beda (anjir. S20) kahanan.
Adhedhasar akeh kaluwihan saka TATSA sing dituduhake ing ndhuwur, kita ngembangake sistem pemantauan kesehatan seluler nirkabel (WMHMS), sing nduweni kemampuan terus-terusan entuk sinyal fisiologis lan banjur menehi saran profesional kanggo pasien.Figure 4A nuduhake diagram skema saka WMHMS adhedhasar TATSA.Sistem kasebut nduweni papat komponen: TATSA kanggo entuk sinyal fisiologis analog, sirkuit kahanan analog kanthi filter low-pass (MAX7427) lan amplifier (MAX4465) kanggo njamin rincian sing cukup lan sinkronisasi sinyal sing apik, analog-kanggo-digital. Konverter adhedhasar unit mikrokontroler kanggo ngumpulake lan ngowahi sinyal analog dadi sinyal digital, lan modul Bluetooth (CC2640 chip Bluetooth daya rendah) kanggo ngirim sinyal digital menyang aplikasi terminal ponsel (APP; Huawei Honor 9).Ing panaliten iki, kita jahitan TATSA seamlessly menyang renda, wristband, fingerstall, lan kaos kaki, minangka ditampilake ing Fig. 4B.
(A) Ilustrasi WMHMS.(B) Foto-foto TATSA sing dijahit dadi gelang, stall, kaos kaki, lan tali dada.Pengukuran denyut nadi ing gulu (C1), pergelangan tangan (D1), pucuk driji (E1), lan tungkak (F1).Bentuk gelombang pulsa ing gulu (C2), (D2) pergelangan tangan, (E2) pucuk driji, lan (F2) tungkak.(G) Bentuk gelombang pulsa saka macem-macem umur.(H) Analisis gelombang pulsa tunggal.Indeks augmentasi radial (AIx) ditetepake minangka AIx (%) = P2/P1.P1 minangka puncak gelombang maju, lan P2 minangka puncak gelombang pantulan.(I) Siklus pulsa brachial lan tungkak.Pulse wave velocity (PWV) ditetepake minangka PWV = D/∆T.D yaiku jarak antarane tungkak lan brachial.∆T yaiku wektu tundha antarane puncak tungkak lan gelombang pulsa brachial.PTT, wektu transit pulsa.(J) Perbandingan AIx lan brachial-ankle PWV (BAPWV) antarane sehat lan CAD.*P <0,01, **P <0,001, lan ***P <0,05.HTN, hipertensi;CHD, penyakit jantung koroner;DM, diabetes mellitus.Kredit foto: Jin Yang, Universitas Chongqing.
Kanggo ngawasi sinyal pulsa saka bagean awak manungsa sing beda, kita nempelake dekorasi kasebut kanthi TATSA menyang posisi sing cocog: gulu (Gambar 4C1), bangkekan (Gambar 4D1), pucuk driji (Gambar 4E1), lan tungkak (Gambar 4F1). ), kaya sing dijlentrehake ing film S3 nganti S6.Ing medicine, ana telung titik fitur substansial ing gelombang pulsa: puncak gelombang maju P1, puncak gelombang dibayangke P2, lan puncak gelombang dicrotic P3.Karakteristik titik fitur kasebut nggambarake kahanan kesehatan elastisitas arteri, resistensi perifer, lan kontraktilitas ventrikel kiwa sing ana gandhengane karo sistem kardiovaskular.Gelombang pulsa saka wanita umur 25 taun ing papat posisi ing ndhuwur dipikolehi lan direkam ing tes kita.Elinga yen telung titik fitur sing bisa dibedakake (P1 nganti P3) diamati ing bentuk gelombang pulsa ing posisi gulu, bangkekan, lan pucuk driji, kaya sing dituduhake ing Fig. 4 (C2 nganti E2).Miturut kontras, mung P1 lan P3 katon ing gelombang pulsa ing posisi tungkak, lan P2 ora ana (Gambar 4F2).Asil iki disebabake dening superposisi gelombang getih mlebu sing diusir dening ventrikel kiwa lan gelombang sing dibayangke saka ekstremitas ngisor (44).Pasinaon sadurunge nuduhake yen P2 ana ing bentuk gelombang sing diukur ing ekstremitas ndhuwur nanging ora ana ing tungkak (45, 46).We diamati asil padha ing waveforms diukur karo TATSA, minangka ditampilake ing anjir.S21, sing nuduhake data khas saka populasi 80 pasien sing diteliti ing kene.Kita bisa ndeleng manawa P2 ora katon ing bentuk gelombang pulsa sing diukur ing tungkak, nuduhake kemampuan TATSA kanggo ndeteksi fitur subtle ing bentuk gelombang.Asil pangukuran pulsa iki nuduhake yen WMHMS kita bisa kanthi akurat mbukak karakteristik gelombang pulsa saka awak ndhuwur lan ngisor lan luwih unggul tinimbang karya liyane (41, 47).Kanggo luwih nunjukake yen TATSA kita bisa digunakake kanthi akeh ing umur sing beda-beda, kita ngukur gelombang pulsa saka subyek 80 ing umur sing beda-beda, lan kita nuduhake sawetara data khas, kaya sing dituduhake ing anjir.S22.Minangka ditampilake ing Fig. 4G, kita milih telung peserta umur 25, 45, lan 65 taun, lan telung titik fitur ketok kanggo peserta enom lan setengah baya.Miturut literatur medis (48), karakteristik gelombang pulsa umume owah-owahan nalika umure, kayata ilang titik P2, sing disebabake dening gelombang sing dibayangke dipindhah maju kanggo superimpose dhewe ing gelombang maju liwat nyuda ing. elastisitas vaskular.Fenomena iki uga dibayangke ing bentuk gelombang sing diklumpukake, luwih verifikasi manawa TATSA bisa ditrapake kanggo macem-macem populasi.
Gelombang pulsa dipengaruhi ora mung dening kahanan fisiologis individu, nanging uga kahanan tes.Mulane, kita ngukur sinyal pulsa ing sesak kontak beda antarane TATSA lan kulit (anjir. S23) lan macem-macem posisi ndeteksi ing situs ukuran (anjir. S24).Bisa ditemokake yen TATSA bisa entuk bentuk gelombang pulsa sing konsisten kanthi informasi rinci babagan prau ing area pendeteksi efektif sing gedhe ing situs pangukuran.Kajaba iku, ana sinyal output sing beda ing sesak kontak sing beda antarane TATSA lan kulit.Kajaba iku, gerakan individu sing nganggo sensor bakal mengaruhi sinyal pulsa.Nalika bangkekan subyek ing kondisi statis, amplitudo saka gelombang pulsa dijupuk stabil (anjir. S25A);Kosok baline, nalika bangkekan alon-alon obah ing amba saka -70 ° kanggo 70 ° sak 30 s, amplitudo gelombang pulsa bakal fluktuasi (fig. S25B).Nanging, kontur saben gelombang pulsa katon, lan tingkat pulsa isih bisa dipikolehi kanthi akurat.Temenan, kanggo entuk akuisisi gelombang pulsa sing stabil ing gerakan manungsa, karya luwih lanjut kalebu desain sensor lan pangolahan sinyal mburi-mburi dibutuhake kanggo diteliti.
Salajengipun, kanggo nganalisa lan ngevaluasi sacara kuantitatif kahanan sistem kardiovaskular liwat bentuk gelombang pulsa sing dipikolehi nggunakake TATSA, kita ngenalake rong parameter hemodinamik miturut spesifikasi penilaian sistem kardiovaskular, yaiku, indeks augmentasi (AIx) lan kecepatan gelombang pulsa. (PWV), sing nggambarake elastisitas arteri.Minangka ditampilake ing Fig. 4H, gelombang pulsa ing posisi bangkekan saka wong sehat 25 taun digunakake kanggo analisis AIx.Miturut rumus (bagean S1), AIx = 60% dipikolehi, yaiku nilai normal.Banjur, kita bebarengan nglumpukake rong gelombang pulsa ing posisi lengen lan tungkak peserta iki (cara rinci kanggo ngukur gelombang pulsa diterangake ing Bahan lan Metode).Minangka ditampilake ing Fig. 4I, titik fitur saka loro gelombang pulsa padha béda.Kita banjur ngetung PWV miturut rumus (bagean S1).PWV = 1363 cm / s, sing minangka nilai karakteristik sing dikarepake kanggo lanang diwasa sing sehat, dipikolehi.Ing sisih liya, kita bisa ndeleng manawa metrik AIx utawa PWV ora kena pengaruh saka prabédan amplitudo gelombang pulsa, lan nilai AIx ing bagean awak beda-beda.Ing panaliten kita, AIx radial digunakake.Kanggo verifikasi aplikasi WMHMS ing wong sing beda-beda, kita milih 20 peserta ing grup sehat, 20 ing kelompok hipertensi (HTN), 20 ing grup penyakit jantung koroner (CHD) umur saka 50 nganti 59 taun, lan 20 ing grup klompok diabetes mellitus (DM).Kita ngukur gelombang pulsa lan mbandhingake rong paramèter, AIx lan PWV, kaya sing ditampilake ing Fig. 4J.Bisa ditemokake yen nilai PWV kelompok HTN, CHD, lan DM luwih murah dibandhingake karo kelompok sehat lan duwe beda statistik (PHTN ≪ 0,001, PCHD ≪ 0,001, lan PDM ≪ 0,001; nilai P diitung kanthi t tes).Sementara, nilai AIx kelompok HTN dan CHD lebih rendah dibandingkan kelompok sehat dan memiliki perbedaan statistik (PHTN <0,01, PCHD <0,001, dan PDM <0,05).PWV lan AIx saka peserta kanthi CHD, HTN, utawa DM luwih dhuwur tinimbang ing grup sehat.Asil nuduhake yen TATSA bisa kanthi akurat njupuk gelombang pulsa kanggo ngitung parameter kardiovaskular kanggo netepake status kesehatan kardiovaskular.Kesimpulane, amarga karakteristik nirkabel, resolusi dhuwur, sensitivitas dhuwur lan kenyamanan, WMHMS adhedhasar TATSA nyedhiyakake alternatif sing luwih efisien kanggo ngawasi wektu nyata tinimbang peralatan medis larang saiki sing digunakake ing rumah sakit.
Kajaba saka gelombang pulsa, informasi ambegan uga minangka tandha vital utama kanggo ngevaluasi kondisi fisik individu.Pemantauan ambegan adhedhasar TATSA kita luwih atraktif tinimbang polysomnography konvensional amarga bisa digabungake kanthi lancar menyang sandhangan kanggo kenyamanan sing luwih apik.Dijahit menyang tali dada elastis putih, TATSA langsung diikat menyang awak manungsa lan diamanake ing dhadha kanggo ngawasi ambegan (Gambar 5A lan film S7).TATSA deformed karo expansion lan kontraksi ribcage, asil ing output listrik.Bentuk gelombang sing dipikolehi diverifikasi ing Fig. 5B.Sinyal kanthi fluktuasi gedhe (amplitudo 1,8 V) lan owah-owahan periodik (frekuensi 0,5 Hz) cocog karo gerakan pernapasan.Sinyal fluktuasi sing relatif cilik ditumpangake ing sinyal fluktuasi gedhe iki, yaiku sinyal detak jantung.Miturut karakteristik frekuensi sinyal respirasi lan detak jantung, kita nggunakake saringan low-pass 0,8-Hz lan saringan band-pass 0,8- nganti 20-Hz kanggo misahake sinyal ambegan lan denyut jantung, kaya sing dituduhake ing Gambar 5C. .Ing kasus iki, sinyal ambegan lan pulsa sing stabil kanthi informasi fisiologis sing akeh banget (kayata tingkat pernapasan, detak jantung, lan titik fitur gelombang pulsa) dipikolehi kanthi bebarengan lan akurat kanthi mung nyelehake TATSA tunggal ing dada.
(A) Foto sing nuduhake tampilan TATSA sing diselehake ing dhadha kanggo ngukur sinyal ing tekanan sing ana gandhengane karo respirasi.(B) Plot voltase-wektu kanggo TATSA dipasang ing dada.(C) Dekomposisi sinyal (B) menyang denyut jantung lan bentuk gelombang pernapasan.(D) Foto sing nuduhake rong TATSA sing diselehake ing weteng lan bangkekan kanggo ngukur respirasi lan denyut nadi, nalika turu.(E) Sinyal pernapasan lan pulsa saka peserta sing sehat.HR, denyut jantung;BPM, denyut saben menit.(F) Sinyal pernapasan lan pulsa saka peserta SAS.(G) Sinyal pernapasan lan PTT saka peserta sing sehat.(H) Sinyal ambegan lan PTT saka peserta SAS.(I) Hubungan antarane indeks gairah PTT lan indeks apnea-hipopnea (AHI).Kredit foto: Wenjing Fan, Universitas Chongqing.
Kanggo mbuktekake manawa sensor kita bisa kanthi akurat lan andal ngawasi sinyal pulsa lan ambegan, kita nindakake eksperimen kanggo mbandhingake asil pangukuran sinyal pulsa lan respirasi antarane TATSA lan piranti medis standar (MHM-6000B), kaya sing dijlentrehake ing film S8. lan S9.Ing pangukuran gelombang pulsa, sensor fotoelektrik saka instrumen medis dipakai ing driji telunjuk kiwa bocah wadon enom, lan sauntara, TATSA kita dipakai ing driji indeks tengen.Saka rong bentuk gelombang pulsa sing dipikolehi, kita bisa ndeleng manawa kontur lan rinciane padha, nuduhake yen pulsa sing diukur dening TATSA persis kaya instrumen medis.Ing pangukuran gelombang respirasi, limang elektroda elektrokardiografi dipasang ing limang area ing awak wong enom miturut instruksi medis.Ing kontras, mung siji TATSA langsung diikat menyang awak lan diamanake ing dhadha.Saka sinyal ambegan sing diklumpukake, bisa dideleng manawa kecenderungan variasi lan tingkat sinyal respirasi sing dideteksi dening TATSA kita cocog karo instrumen medis.Eksperimen perbandingan loro iki ngesahaké akurasi, linuwih, lan kesederhanaan sistem sensor kita kanggo ngawasi sinyal pulsa lan ambegan.
Salajengipun, kita nggawe potongan sandhangan cerdas lan nggawe rong TATSA ing posisi weteng lan bangkekan kanggo ngawasi sinyal pernapasan lan pulsa.Khusus, WMHMS dual-channel sing dikembangake digunakake kanggo njupuk sinyal pulsa lan ambegan bebarengan.Liwat sistem iki, kita entuk sinyal ambegan lan pulsa saka wong lanang umur 25 taun sing nganggo sandhangan pinter nalika turu (Fig. 5D lan film S10) lan lungguh (anjir. S26 lan film S11).Sinyal ambegan lan pulsa sing dipikolehi bisa ditularake kanthi nirkabel menyang APP ponsel.Kaya kasebut ing ndhuwur, TATSA nduweni kemampuan kanggo nangkep sinyal pernapasan lan pulsa.Loro sinyal fisiologis iki uga minangka kritéria kanggo ngira SAS sacara medis.Mulane, TATSA kita uga bisa digunakake kanggo ngawasi lan netepake kualitas turu lan gangguan turu sing gegandhengan.Minangka ditampilake ing Fig. 5 (E lan F, mungguh), kita terus-terusan ngukur pulsa lan gelombang ambegan saka rong peserta, sing sehat lan pasien SAS.Kanggo wong tanpa apnea, tingkat pernapasan lan denyut nadi sing diukur tetep stabil ing 15 lan 70, masing-masing.Kanggo pasien SAS, apnea sing beda-beda sajrone 24 detik, sing minangka indikasi kedadeyan ambegan obstruktif, diamati, lan denyut jantung rada tambah sawise periode apnea amarga regulasi sistem saraf (49).Ing ringkesan, status pernapasan bisa dievaluasi dening TATSA.
Kanggo luwih netepake jinis SAS liwat sinyal pulsa lan ambegan, kita nganalisa wektu transit pulsa (PTT), indikator noninvasif sing nggambarake owah-owahan resistensi vaskular perifer lan tekanan intrathoracic (ditetepake ing bagean S1) saka wong sehat lan pasien kanthi SAS.Kanggo peserta sing sehat, tingkat pernapasan tetep ora owah, lan PTT relatif stabil saka 180 nganti 310 ms (Gambar 5G).Nanging, kanggo peserta SAS, PTT tambah terus saka 120 kanggo 310 ms sak apnea (Fig. 5H).Mangkono, peserta kasebut didiagnosis SAS obstruktif (OSAS).Yen owah-owahan ing PTT suda sak apnea, banjur kondisi bakal ditemtokake minangka sindrom apnea turu tengah (CSAS), lan yen loro gejala iki ana bebarengan, banjur bakal didiagnosis minangka SAS campuran (MSAS).Kanggo netepake keruwetan SAS, kita luwih nganalisa sinyal sing diklumpukake.Indeks gairah PTT, yaiku jumlah gairah PTT saben jam (gairah PTT ditetepake minangka kejatuhan PTT ≥15 ms suwene ≥3 s), nduweni peran penting kanggo ngevaluasi derajat SAS.Indeks apnea-hypopnea (AHI) minangka standar kanggo nemtokake tingkat SAS (apnea yaiku mandheg ambegan, lan hypopnea yaiku napas sing cethek banget utawa tingkat pernapasan sing ora normal), sing ditemtokake minangka jumlah apnea lan hypopnea saben. jam nalika turu (hubungan antarane AHI lan kritéria rating kanggo OSAS ditampilake ing tabel S2).Kanggo neliti hubungan antarane AHI lan indeks gairah PTT, sinyal pernapasan pasien 20 karo SAS dipilih lan dianalisis nganggo TATSA.Kaya sing dituduhake ing Fig. 5I, indeks gairah PTT hubungane positif karo AHI, amarga apnea lan hypopnea sajrone turu nyebabake peningkatan tekanan darah sing jelas lan sementara, sing nyebabake nyuda PTT.Mulane, TATSA kita bisa entuk sinyal pulsa lan ambegan sing stabil lan akurat, saéngga nyedhiyakake informasi fisiologis penting babagan sistem kardiovaskular lan SAS kanggo ngawasi lan evaluasi penyakit sing gegandhengan.
Ing ringkesan, kita ngembangake TATSA nggunakake jahitan kardigan lengkap kanggo ndeteksi sinyal fisiologis sing beda-beda bebarengan.Sensor iki nduweni sensitivitas dhuwur 7,84 mV Pa−1, wektu respon cepet 20 ms, stabilitas dhuwur luwih saka 100.000 siklus, lan bandwidth frekuensi kerja sing amba.Ing basis TATSA, WMHMS uga dikembangake kanggo ngirim parameter fisiologis sing diukur menyang ponsel.TATSA bisa digabung menyang macem-macem situs sandhangan kanggo desain estetis lan digunakake kanggo ngawasi pulsa lan sinyal ambegan ing wektu nyata.Sistem kasebut bisa ditrapake kanggo mbedakake antarane wong sing sehat lan sing duwe CAD utawa SAS amarga kemampuane njupuk informasi sing rinci.Panaliten iki nyedhiyakake pendekatan sing nyaman, efisien, lan pangguna-loropaken kanggo ngukur denyut nadi lan ambegan manungsa, sing nuduhake kemajuan ing pangembangan elektronik tekstil sing bisa dipakai.
Baja tahan karat kasebut bola-bali liwati liwat cetakan lan digawe dowo kanggo mbentuk serat kanthi diameter 10 μm.Serat baja tahan karat minangka elektroda dilebokake ing pirang-pirang potongan benang Terylene komersial siji-lapis.
Generator fungsi (Stanford DS345) lan amplifier (LabworkPa-13) digunakake kanggo menehi sinyal tekanan sinusoidal.Sensor gaya dual-range (Vernier Software & Technology LLC) digunakake kanggo ngukur tekanan eksternal sing ditrapake ing TATSA.A elektrometer sistem Keithley (Keithley 6514) digunakake kanggo ngawasi lan ngrekam voltase output lan saiki saka TATSA.
Miturut Cara Test AATCC 135-2017, kita nggunakake TATSA lan ballast cukup minangka beban 1,8 kg lan banjur sijine menyang mesin laundering komersial (Labtex LBT-M6T) kanggo nindakake siklus ngumbah mesin alus.Banjur, kita ngisi mesin cuci kanthi 18 galon banyu ing suhu 25 ° C lan nyetel mesin cuci kanggo siklus lan wektu ngumbah sing dipilih (kacepetan agitasi, 119 stroke saben menit; wektu ngumbah, 6 menit; kacepetan muter pungkasan, 430 rpm; pungkasan. wektu muter, 3 min).Pungkasan, TATSA digantung garing ing udara sing isih ana ing suhu kamar ora luwih saka 26 ° C.
Subyek diutus kanggo ngapusi ing posisi supine ing amben.TATSA diselehake ing situs pangukuran.Sawise subyek ing posisi supine standar, dheweke tetep santai nganti 5 nganti 10 menit.Sinyal pulsa banjur wiwit ngukur.
Materi tambahan kanggo artikel iki kasedhiya ing https://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/11/eaay2840/DC1
Gambar S9.Asil simulasi distribusi gaya TATSA ing tekanan sing ditrapake ing 0,2 kPa nggunakake piranti lunak COMSOL.
Gambar S10.Asil simulasi saka distribusi pasukan saka unit kontak ing meksa Applied ing 0,2 lan 2 kPa, mungguh.
Gambar S11.Ilustrasi skema lengkap babagan transfer daya unit kontak ing kahanan sirkuit cendhak.
Gambar S13.Tegangan output lan arus TATSA sing terus-terusan kanggo nanggepi tekanan eksternal sing terus-terusan ing siklus pangukuran.
Gambar S14.Tanggepan voltase kanggo macem-macem nomer Unit daur ulang ing wilayah kain padha nalika tetep nomer daur ulang ing arah wale ora owah.
Gambar S15.Perbandingan antara kinerja output saka rong sensor tekstil nggunakake jahitan kardigan lengkap lan jahitan polos.
Gambar S16.Plot sing nuduhake respon frekuensi ing tekanan dinamis 1 kPa lan frekuensi input tekanan 3, 5, 7, 9, 10, 11, 13, 15, 18, lan 20 Hz.
Gambar S25.Tegangan output sensor nalika subyek ana ing kahanan statis lan gerakan.
Gambar S26.Foto sing nuduhake TATSA sing diselehake ing weteng lan bangkekan bebarengan kanggo ngukur respirasi lan denyut nadi.
Iki minangka artikel akses terbuka sing disebarake miturut syarat-syarat lisensi Creative Commons Attribution-NonCommercial, sing ngidini panggunaan, distribusi, lan reproduksi ing media apa wae, anggere asil panggunaan kasebut ora kanggo keuntungan komersial lan asale yen karya asline bener. dikutip.
CATETAN: Kita mung njaluk alamat email sampeyan supaya wong sing menehi rekomendasi kaca kasebut ngerti manawa sampeyan pengin ndeleng, lan iku dudu surat ajur.Kita ora njupuk alamat email.
Miturut Wenjing Fan, Qiang He, Keyu Meng, Xulong Tan, Zhihao Zhou, Gaoqiang Zhang, Jin Yang, Zhong Lin Wang
Sensor kabeh-tekstil triboelectric kanthi sensitivitas tekanan dhuwur lan kepenak dikembangake kanggo ngawasi kesehatan.
Miturut Wenjing Fan, Qiang He, Keyu Meng, Xulong Tan, Zhihao Zhou, Gaoqiang Zhang, Jin Yang, Zhong Lin Wang
Sensor kabeh-tekstil triboelectric kanthi sensitivitas tekanan dhuwur lan kepenak dikembangake kanggo ngawasi kesehatan.
© 2020 American Association for the Advancement of Science.Kabeh hak dilindhungi undhang-undhang.AAAS minangka mitra HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef lan COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.
Wektu kirim: Mar-27-2020