अचूक एपिडर्मल फिजियोलॉजिकल सिग्नल मॉनिटरिंगसाठी मशीन-निटेड धुण्यायोग्य सेन्सर अॅरे टेक्सटाइल

वैयक्तिकृत आरोग्य व्यवस्थापन साकार करण्यासाठी वेअरेबल टेक्सटाइल इलेक्ट्रॉनिक्स अत्यंत इष्ट आहेत.तथापि, बहुतेक नोंदवलेले टेक्सटाइल इलेक्ट्रॉनिक्स एकतर वेळोवेळी एकाच शारीरिक सिग्नलला लक्ष्य करू शकतात किंवा सिग्नलचे स्पष्ट तपशील चुकवू शकतात, ज्यामुळे आंशिक आरोग्य मूल्यांकन होते.शिवाय, उत्कृष्ट मालमत्ता आणि सोई असलेले कापड अजूनही एक आव्हान आहे.येथे, आम्ही उच्च दाब संवेदनशीलता आणि आरामासह ट्रायबोइलेक्ट्रिक ऑल-टेक्सटाइल सेन्सर अॅरेचा अहवाल देतो.हे दाब संवेदनशीलता (7.84 mV Pa−1), जलद प्रतिसाद वेळ (20 ms), स्थिरता (>100,000 चक्र), विस्तृत कार्य वारंवारता बँडविड्थ (20 Hz पर्यंत), आणि मशीन धुण्याची क्षमता (>40 वॉश) प्रदर्शित करते.धमनीच्या नाडीच्या लहरी आणि श्वसन संकेतांचे एकाच वेळी निरीक्षण करण्यासाठी फॅब्रिकेटेड TATSA कपड्याच्या वेगवेगळ्या भागांमध्ये शिवले गेले.आम्ही हृदय व रक्तवाहिन्यासंबंधी रोग आणि स्लीप एपनिया सिंड्रोमच्या दीर्घकालीन आणि गैर-आक्रमक मूल्यांकनासाठी आरोग्य निरीक्षण प्रणाली विकसित केली आहे, जी काही जुनाट आजारांच्या परिमाणात्मक विश्लेषणासाठी उत्कृष्ट प्रगती दर्शवते.

वेअरेबल इलेक्ट्रॉनिक्स हे वैयक्‍तिकीकृत औषधांमध्ये त्यांच्या आशादायक अनुप्रयोगांमुळे एक आकर्षक संधीचे प्रतिनिधित्व करतात.ते एखाद्या व्यक्तीच्या आरोग्याच्या स्थितीचे सतत, रिअल-टाइम आणि नॉनव्हेसिव्ह पद्धतीने निरीक्षण करू शकतात (1-11).नाडी आणि श्वसन, महत्वाच्या लक्षणांचे दोन अपरिहार्य घटक म्हणून, शारीरिक स्थितीचे अचूक मूल्यांकन आणि संबंधित रोगांचे निदान आणि रोगनिदान (12-21) मध्ये उल्लेखनीय अंतर्दृष्टी प्रदान करू शकतात.आजपर्यंत, सूक्ष्म शारीरिक सिग्नल शोधण्यासाठी सर्वात परिधान करण्यायोग्य इलेक्ट्रॉनिक्स पॉलिथिलीन टेरेफ्थालेट, पॉलीडिमेथिलसिलॉक्सेन, पॉलिमाइड, ग्लास आणि सिलिकॉन (22-26) सारख्या अल्ट्राथिन सब्सट्रेट्सवर आधारित आहेत.त्वचेवर वापरण्यासाठी या सब्सट्रेट्सची कमतरता त्यांच्या प्लॅनर आणि कठोर स्वरूपांवर आहे.परिणामी, टेप्स, बँड-एड्स किंवा इतर यांत्रिक फिक्स्चरला घालण्यायोग्य इलेक्ट्रॉनिक्स आणि मानवी त्वचेमध्ये कॉम्पॅक्ट संपर्क स्थापित करणे आवश्यक आहे, ज्यामुळे वापरण्याच्या विस्तारित कालावधी दरम्यान चिडचिड आणि गैरसोय होऊ शकते (27, 28).शिवाय, या सब्सट्रेट्समध्ये खराब हवा पारगम्यता असते, परिणामी दीर्घकालीन, सतत आरोग्य निरीक्षणासाठी वापरल्यास अस्वस्थता येते.आरोग्य सेवेतील उपरोक्त समस्या दूर करण्यासाठी, विशेषत: दैनंदिन वापरामध्ये, स्मार्ट कापड एक विश्वासार्ह उपाय देतात.या कापडांमध्ये मऊपणा, हलके वजन आणि श्वासोच्छवासाची वैशिष्ट्ये आहेत आणि अशा प्रकारे, घालण्यायोग्य इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये आराम प्राप्त करण्याची क्षमता आहे.अलिकडच्या वर्षांत, संवेदनशील सेन्सर, ऊर्जा साठवण आणि साठवण (२९-३९) मध्ये कापड-आधारित प्रणाली विकसित करण्यासाठी गहन प्रयत्न केले गेले आहेत.विशेषतः, ऑप्टिकल फायबर, पीझोइलेक्ट्रिकिटी आणि नाडी आणि श्वसन सिग्नल (40-43) च्या देखरेखीमध्ये लागू केलेल्या प्रतिरोधकतेवर आधारित स्मार्ट टेक्सटाइल्सवर यशस्वी संशोधन नोंदवले गेले आहे.तथापि, या स्मार्ट कापडांमध्ये सामान्यत: कमी संवेदनशीलता आणि एकल मॉनिटरिंग पॅरामीटर असते आणि ते मोठ्या प्रमाणावर तयार केले जाऊ शकत नाहीत (टेबल S1).नाडी मापनाच्या बाबतीत, नाडीच्या क्षीण आणि जलद चढउतारामुळे (उदा., त्याचे वैशिष्ट्य बिंदू) तपशीलवार माहिती कॅप्चर करणे कठीण आहे आणि अशा प्रकारे, उच्च संवेदनशीलता आणि योग्य वारंवारता प्रतिसाद कार्यप्रदर्शन आवश्यक आहे.

या अभ्यासात, आम्ही एपिडर्मल सूक्ष्म दाब कॅप्चरिंगसाठी उच्च संवेदनशीलतेसह ट्रायबोइलेक्ट्रिक ऑल-टेक्सटाइल सेन्सर अॅरे (TATSA) सादर करतो, पूर्ण कार्डिगन स्टिचमध्ये प्रवाहकीय आणि नायलॉन यार्नसह विणलेला असतो.TATSA उच्च दाब संवेदनशीलता (7.84 mV Pa−1), जलद प्रतिसाद वेळ (20 ms), स्थिरता (>100,000 चक्र), विस्तृत कार्य वारंवारता बँडविड्थ (20 Hz पर्यंत), आणि मशीन धुण्याची क्षमता (>40 वॉश) प्रदान करू शकते.हे विवेकबुद्धी, आराम आणि सौंदर्याचा अपील असलेल्या कपड्यांमध्ये स्वतःला सोयीस्करपणे समाकलित करण्यास सक्षम आहे.विशेष म्हणजे, आमचे TATSA थेट फॅब्रिकच्या वेगवेगळ्या साइट्समध्ये समाविष्ट केले जाऊ शकते जे मान, मनगट, बोटांच्या टोकावर आणि घोट्याच्या स्थानांवर आणि पोट आणि छातीतील श्वसन लहरींशी संबंधित असतात.रिअल-टाइम आणि रिमोट हेल्थ मॉनिटरिंगमध्ये TATSA च्या उत्कृष्ट कामगिरीचे मूल्यमापन करण्यासाठी, आम्ही हृदय व रक्तवाहिन्यासंबंधी रोग (CAD) आणि स्लीप एपनिया सिंड्रोम (SAS) च्या मूल्यांकनासाठी सतत शारीरिक सिग्नल प्राप्त करण्यासाठी आणि जतन करण्यासाठी वैयक्तिकृत बुद्धिमान आरोग्य निरीक्षण प्रणाली विकसित करतो. ).

आकृती 1A मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, दोन TATSA नाडी आणि श्वसन सिग्नलचे डायनॅमिक आणि एकाच वेळी निरीक्षण करण्यास सक्षम करण्यासाठी शर्टच्या कफ आणि छातीमध्ये टाकले गेले.हे फिजियोलॉजिकल सिग्नल वायरलेस पद्धतीने इंटेलिजेंट मोबाइल टर्मिनल ऍप्लिकेशन (APP) मध्ये आरोग्य स्थितीच्या पुढील विश्लेषणासाठी प्रसारित केले गेले.आकृती 1B मध्ये TATSA कापडाच्या तुकड्यात शिवलेले दाखवले आहे, आणि इनसेट TATSA चे मोठे दृश्य दर्शविते, जे वैशिष्ट्यपूर्ण प्रवाहकीय धागे आणि व्यावसायिक नायलॉन धागा वापरून पूर्ण कार्डिगन शिलाईमध्ये एकत्र विणले गेले होते.मूलभूत साध्या स्टिचच्या तुलनेत, सर्वात सामान्य आणि मूलभूत विणकाम पद्धती, पूर्ण कार्डिगन स्टिच निवडली गेली कारण प्रवाहकीय धाग्याचे लूप हेड आणि नायलॉन धाग्याचे (अंजीर S1) जवळील टक स्टिच हेड यांच्यातील संपर्क एक पृष्ठभाग आहे. बिंदू संपर्काऐवजी, उच्च ट्रायबोइलेक्ट्रिक प्रभावासाठी मोठ्या अभिनय क्षेत्राकडे नेत आहे.प्रवाहकीय सूत तयार करण्यासाठी, आम्ही स्थिर कोर फायबर म्हणून स्टेनलेस स्टीलची निवड केली आणि एक-प्लाय टेरिलीन यार्नचे अनेक तुकडे कोर फायबरभोवती 0.2 मिमी (अंजीर S2) व्यासासह एका प्रवाहकीय धाग्यात फिरवले गेले, जे म्हणून काम केले. विद्युतीकरण पृष्ठभाग आणि संवाहक इलेक्ट्रोड दोन्ही.नायलॉन धागा, ज्याचा व्यास 0.15 मिमी होता आणि दुसरा विद्युतीकरण पृष्ठभाग म्हणून काम करतो, त्याला मजबूत तन्य बल होते कारण ते अगणित सूतांनी (अंजीर S3) वळवले होते.आकृती 1 (अनुक्रमे C आणि D) फॅब्रिकेटेड प्रवाहकीय धाग्याची आणि नायलॉन धाग्याची छायाचित्रे दाखवते.इनसेट्स त्यांच्या संबंधित स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) प्रतिमा दर्शवतात, जे प्रवाहकीय धाग्याचा एक विशिष्ट क्रॉस सेक्शन आणि नायलॉन धाग्याची पृष्ठभाग दर्शवतात.प्रवाहकीय आणि नायलॉन धाग्यांच्या उच्च तन्य शक्तीने सर्व सेन्सर्सची एकसमान कामगिरी राखण्यासाठी औद्योगिक मशीनवर त्यांची विणण्याची क्षमता सुनिश्चित केली.आकृती 1E मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, प्रवाहकीय धागे, नायलॉन धागे आणि सामान्य धागे त्यांच्या संबंधित शंकूवर जखमा होते, जे नंतर स्वयंचलित विणकाम (चित्रपट S1) साठी औद्योगिक संगणकीकृत फ्लॅट विणकाम मशीनवर लोड केले गेले.अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे.S4, अनेक TATSA औद्योगिक मशीन वापरून सामान्य कापडाने एकत्र विणले गेले.0.85 मिमी जाडी आणि 0.28 ग्रॅम वजनाचा एकल TATSA वैयक्तिक वापरासाठी संपूर्ण संरचनेतून तयार केला जाऊ शकतो, इतर कापडांसह त्याची उत्कृष्ट सुसंगतता प्रदर्शित करतो.याव्यतिरिक्त, व्यावसायिक नायलॉन धाग्यांच्या विविधतेमुळे (चित्र 1F आणि अंजीर. S5) सौंदर्याचा आणि फॅशनेबल आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी TATSA विविध रंगांमध्ये डिझाइन केले जाऊ शकतात.फॅब्रिकेटेड TATSA मध्ये उत्कृष्ट कोमलता आणि कठोर वाकणे किंवा विकृती (अंजीर S6) सहन करण्याची क्षमता असते.आकृती 1G मध्ये TATSA थेट पोटात आणि स्वेटरच्या कफमध्ये शिवलेले दाखवले आहे.स्वेटर विणण्याची प्रक्रिया अंजीर मध्ये दर्शविली आहे.S7 आणि चित्रपट S2.पोटाच्या स्थितीत ताणलेल्या TATSA च्या पुढील आणि मागील बाजूचे तपशील अंजीरमध्ये दर्शविले आहेत.S8 (अनुक्रमे A आणि B), आणि प्रवाहकीय धाग्याचे आणि नायलॉन धाग्याचे स्थान अंजीर मध्ये स्पष्ट केले आहे.S8C.येथे हे पाहिले जाऊ शकते की TATSA एक विवेकी आणि स्मार्ट दिसण्यासाठी सामान्य कपड्यांमध्ये अखंडपणे एम्बेड केले जाऊ शकते.

(A) रिअल टाइममध्ये नाडी आणि श्वसन सिग्नलचे निरीक्षण करण्यासाठी दोन TATSA एका शर्टमध्ये एकत्रित केले आहेत.(ब) TATSA आणि कपडे यांच्या संयोगाचे योजनाबद्ध चित्रण.इनसेट सेन्सरचे मोठे दृश्य दाखवते.(C) प्रवाहकीय धाग्याचे छायाचित्र (स्केल बार, 4 सेमी).इनसेट ही प्रवाहकीय धाग्याच्या क्रॉस सेक्शनची SEM प्रतिमा आहे (स्केल बार, 100 μm), ज्यामध्ये स्टेनलेस स्टील आणि टेरिलीन यार्न असतात.(डी) नायलॉन धाग्याचे छायाचित्र (स्केल बार, 4 सेमी).इनसेट ही नायलॉन धाग्याच्या पृष्ठभागाची SEM प्रतिमा आहे (स्केल बार, 100 μm).(ई) TATSAs चे स्वयंचलित विणकाम करणार्‍या संगणकीकृत फ्लॅट विणकाम यंत्राची प्रतिमा.(F) TATSA चे वेगवेगळ्या रंगांचे छायाचित्र (स्केल बार, 2 सेमी).इनसेट ट्विस्टेड TATSA आहे, जो त्याच्या उत्कृष्ट मऊपणाचे प्रदर्शन करतो.(G) स्वेटरमध्ये पूर्णपणे आणि अखंडपणे शिवलेल्या दोन TATSA चे छायाचित्र.फोटो क्रेडिट: वेनजिंग फॅन, चोंगकिंग विद्यापीठ.

TATSA च्या यांत्रिक आणि इलेक्ट्रिकल गुणधर्मांसह कार्यरत यंत्रणेचे विश्लेषण करण्यासाठी, आम्ही आकृती 2A मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे TATSA चे एक भौमितिक विणकाम मॉडेल तयार केले.पूर्ण कार्डिगन स्टिच वापरून, प्रवाहकीय आणि नायलॉन धागे लूप युनिट्सच्या रूपात कोर्स आणि वेलेच्या दिशेने एकमेकांशी जोडलेले आहेत.सिंगल लूप स्ट्रक्चर (अंजीर S1) मध्ये लूप हेड, लूप आर्म, रिब-क्रॉसिंग पार्ट, टक स्टिच आर्म आणि टक स्टिच हेड असतात.दोन वेगवेगळ्या धाग्यांमधील संपर्क पृष्ठभागाची दोन रूपे आढळू शकतात: (i) प्रवाहकीय धाग्याचे लूप हेड आणि नायलॉन धाग्याचे टक स्टिच हेड आणि (ii) लूप हेडमधील संपर्क पृष्ठभाग नायलॉन धागा आणि प्रवाहकीय धाग्याचे टक स्टिच हेड.

(A) विणलेल्या लूपच्या समोर, उजवीकडे आणि वरच्या बाजूने TATSA.(B) COMSOL सॉफ्टवेअर वापरून 2 kPa च्या लागू दाबाखाली TATSA च्या सक्तीच्या वितरणाचा सिम्युलेशन परिणाम.(C) शॉर्ट-सर्किट परिस्थितींमध्ये संपर्क युनिटच्या शुल्क हस्तांतरणाची योजनाबद्ध चित्रे.(D) COMSOL सॉफ्टवेअर वापरून ओपन सर्किट स्थितीत संपर्क युनिटच्या चार्ज वितरणाचे सिम्युलेशन परिणाम.

TATSA चे कार्य तत्त्व दोन पैलूंमध्ये स्पष्ट केले जाऊ शकते: बाह्य शक्ती उत्तेजित होणे आणि त्याचे प्रेरित शुल्क.बाह्य शक्ती उत्तेजनाच्या प्रतिसादात ताण वितरण अंतर्ज्ञानाने समजून घेण्यासाठी, आम्ही अनुक्रमे अंजीर 2B आणि अंजीर मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे 2 आणि 0.2 kPa च्या भिन्न बाह्य शक्तींवर COMSOL सॉफ्टवेअर वापरून मर्यादित घटक विश्लेषण वापरले.S9.ताण दोन धाग्यांच्या संपर्क पृष्ठभागावर दिसून येतो.अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे.S10, आम्ही तणाव वितरण स्पष्ट करण्यासाठी दोन लूप युनिट्सचा विचार केला.दोन भिन्न बाह्य शक्तींच्या अंतर्गत ताण वितरणाची तुलना करताना, प्रवाहकीय आणि नायलॉन धाग्यांच्या पृष्ठभागावरील ताण वाढलेल्या बाह्य शक्तीने वाढतो, परिणामी दोन धाग्यांमधील संपर्क आणि बाहेर काढणे.एकदा बाह्य शक्ती बाहेर पडल्यानंतर, दोन सूत वेगळे होतात आणि एकमेकांपासून दूर जातात.

प्रवाहकीय धागा आणि नायलॉन सूत यांच्यातील संपर्क-पृथक्करण हालचाली चार्ज हस्तांतरणास प्रेरित करतात, ज्याचे श्रेय ट्रायबोइलेक्ट्रीफिकेशन आणि इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शनच्या संयोगाला दिले जाते.वीज-निर्मिती प्रक्रिया स्पष्ट करण्यासाठी, आम्ही दोन सूत एकमेकांशी संपर्कात असलेल्या क्षेत्राच्या क्रॉस सेक्शनचे विश्लेषण करतो (चित्र 2C1).अंजीर 2 (अनुक्रमे C2 आणि C3) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, जेव्हा TATSA बाह्य शक्तीने उत्तेजित होते आणि दोन सूत एकमेकांशी संपर्क साधतात, तेव्हा विद्युतीकरण होते प्रवाहकीय आणि नायलॉन धाग्यांच्या पृष्ठभागावर, आणि विरुद्ध समतुल्य शुल्क दोन धाग्यांच्या पृष्ठभागावर ध्रुवीयता निर्माण होते.एकदा दोन धागे वेगळे झाल्यावर, इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शन प्रभावामुळे आतील स्टेनलेस स्टीलमध्ये सकारात्मक शुल्क प्रेरित केले जाते.संपूर्ण योजना अंजीर मध्ये दर्शविले आहे.S11.वीज-निर्मिती प्रक्रियेची अधिक परिमाणात्मक समज प्राप्त करण्यासाठी, आम्ही COMSOL सॉफ्टवेअर (चित्र 2D) वापरून TATSA च्या संभाव्य वितरणाचे अनुकरण केले.जेव्हा दोन पदार्थ एकमेकांच्या संपर्कात असतात तेव्हा चार्ज मुख्यतः घर्षण सामग्रीवर गोळा होतो आणि इलेक्ट्रोडवर फक्त थोड्या प्रमाणात प्रेरित शुल्क उपस्थित असते, परिणामी लहान क्षमता (चित्र 2D, तळाशी).जेव्हा दोन पदार्थ वेगळे केले जातात (चित्र 2D, शीर्ष), संभाव्य फरकामुळे इलेक्ट्रोडवरील प्रेरित शुल्क वाढते आणि संबंधित संभाव्यता वाढते, जे प्रयोगांमधून मिळालेले परिणाम आणि सिम्युलेशनमधून मिळालेल्या परिणामांमध्ये चांगले अनुसरून दिसून येते. .शिवाय, TATSA चे कंडक्टिंग इलेक्ट्रोड टेरिलीन यार्नमध्ये गुंडाळलेले असल्याने आणि त्वचेचा दोन्ही घर्षण पदार्थांच्या संपर्कात असल्याने, जेव्हा TATSA थेट त्वचेला परिधान केले जाते तेव्हा चार्ज बाह्य शक्तीवर अवलंबून असतो आणि तो होणार नाही. त्वचा कमकुवत होणे.

आमच्या TATSA चे कार्यप्रदर्शन विविध पैलूंमध्ये वैशिष्ट्यीकृत करण्यासाठी, आम्ही फंक्शन जनरेटर, पॉवर अॅम्प्लीफायर, इलेक्ट्रोडायनामिक शेकर, फोर्स गेज, इलेक्ट्रोमीटर आणि संगणक (अंजीर S12) असलेली एक मापन प्रणाली प्रदान केली आहे.ही प्रणाली 7 kPa पर्यंत बाह्य डायनॅमिक दाब निर्माण करते.प्रयोगात, TATSA एका सपाट प्लास्टिकच्या शीटवर मुक्त स्थितीत ठेवण्यात आले होते आणि आउटपुट इलेक्ट्रिकल सिग्नल इलेक्ट्रोमीटरद्वारे रेकॉर्ड केले जातात.

प्रवाहकीय आणि नायलॉन धाग्यांचे वैशिष्ट्य TATSA च्या आउटपुट कार्यक्षमतेवर परिणाम करतात कारण ते संपर्क पृष्ठभाग आणि बाह्य दाब समजण्याची क्षमता निर्धारित करतात.याची तपासणी करण्यासाठी, आम्ही अनुक्रमे दोन धाग्यांचे तीन आकार तयार केले: 150D/3, 210D/3, आणि 250D/3 आकाराचे प्रवाहकीय धागे आणि 150D/6, 210D/6, आणि 250D आकाराचे नायलॉन धागे. /6 (D, denier; वैयक्तिक धाग्यांची फायबर जाडी निर्धारित करण्यासाठी वापरलेले मोजमापाचे एकक; उच्च डेनियर संख्या असलेले फॅब्रिक्स जाड असतात).त्यानंतर, सेन्सरमध्ये विणण्यासाठी आम्ही हे दोन धागे वेगवेगळ्या आकारात निवडले, आणि TATSA चे परिमाण 3 सेमी बाय 3 सेमी ठेवले होते ज्यामध्ये वळण क्रमांक 16 आणि कोर्सच्या दिशेने 10 होता.अशा प्रकारे, नऊ विणकाम नमुने असलेले सेन्सर प्राप्त झाले.150D/3 आकाराचे प्रवाहकीय धाग्याचे सेन्सर आणि 150D/6 आकाराचे नायलॉन धाग्याचे सेन्सर सर्वात पातळ होते, आणि 250D/3 आकाराचे आणि नायलॉन धाग्याचे 250D/ आकाराचे संवेदक होते. 6 सर्वात जाड होते.0.1 ते 7 kPa च्या यांत्रिक उत्तेजना अंतर्गत, चित्र 3A मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, या नमुन्यांसाठी विद्युत उत्पादनांची पद्धतशीरपणे तपासणी आणि चाचणी केली गेली.नऊ TATSA चे आउटपुट व्होल्टेज वाढलेल्या लागू दाबाने 0.1 ते 4 kPa पर्यंत वाढले.विशेषत:, सर्व विणकाम नमुन्यांपैकी, 210D/3 प्रवाहकीय धाग्याचे आणि 210D/6 नायलॉन धाग्याचे तपशील सर्वाधिक विद्युत उत्पादन देतात आणि सर्वोच्च संवेदनशीलता प्रदर्शित करतात.आउटपुट व्होल्टेजने 210D/3 प्रवाहकीय धागा आणि 210D/6 नायलॉन धागा वापरून TATSA विणले जाईपर्यंत (पुरेशा संपर्क पृष्ठभागामुळे) TATSA ची जाडी वाढल्याने वाढता कल दिसून आला.जाडीत आणखी वाढ झाल्यामुळे धाग्यांद्वारे बाह्य दाब शोषले जातील, त्यानुसार आउटपुट व्होल्टेज कमी झाले.शिवाय, हे लक्षात घेतले जाते की कमी-दाब प्रदेशात (<4 kPa), दाबासह आउटपुट व्होल्टेजमध्ये चांगल्या प्रकारे वागलेल्या रेखीय फरकाने 7.84 mV Pa−1 ची उच्च दाब संवेदनशीलता दिली.उच्च-दाब प्रदेशात (>4 kPa), प्रभावी घर्षण क्षेत्राच्या संपृक्ततेमुळे प्रायोगिकपणे 0.31 mV Pa−1 ची कमी दाब संवेदनशीलता दिसून आली.शक्ती लागू करण्याच्या विरुद्ध प्रक्रियेदरम्यान समान दाब संवेदनशीलता दर्शविली गेली.आउटपुट व्होल्टेजचे ठोस वेळ प्रोफाइल आणि वेगवेगळ्या दाबांखालील प्रवाह अंजीरमध्ये सादर केले आहेत.S13 (अनुक्रमे A आणि B).

(अ) नायलॉन यार्न (150D/6, 210D/6, आणि 250D/6) सह एकत्रित प्रवाहकीय धाग्याच्या (150D/3, 210D/3, आणि 250D/3) नऊ विणकाम पॅटर्न अंतर्गत आउटपुट व्होल्टेज.(ब) वळणाच्या दिशेने लूप क्रमांक अपरिवर्तित ठेवताना एकाच फॅब्रिक क्षेत्रातील लूप युनिट्सच्या विविध संख्यांना व्होल्टेज प्रतिसाद.(C) 1 kPa च्या डायनॅमिक प्रेशर आणि 1 Hz च्या प्रेशर इनपुट फ्रिक्वेन्सी अंतर्गत वारंवारता प्रतिसाद दर्शवणारे प्लॉट.(D) 1, 5, 10, आणि 20 Hz च्या फ्रिक्वेन्सी अंतर्गत भिन्न आउटपुट आणि वर्तमान व्होल्टेज.(ई) 1 kPa च्या दाबाखाली TATSA ची टिकाऊपणा चाचणी.(एफ) 20 आणि 40 वेळा धुतल्यानंतर TATSA ची आउटपुट वैशिष्ट्ये.

संवेदनशीलता आणि आउटपुट व्होल्टेज देखील TATSA च्या स्टिच घनतेने प्रभावित होते, जे फॅब्रिकच्या मोजलेल्या क्षेत्रामध्ये एकूण लूपच्या संख्येद्वारे निर्धारित केले जाते.शिलाई घनता वाढल्याने फॅब्रिकच्या संरचनेची अधिक कॉम्पॅक्टनेस होईल.आकृती 3B 3 सेमी बाय 3 सेमी टेक्सटाईल एरियामध्ये वेगवेगळ्या लूप नंबर्स अंतर्गत आउटपुट परफॉर्मन्स दाखवते आणि इनसेट लूप युनिटची रचना दर्शवते (आम्ही कोर्सच्या दिशेने लूप नंबर 10 ठेवला आणि लूप नंबर 10 वर ठेवला. वले दिशा 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 आणि 26 होती).लूप संख्या वाढवून, आउटपुट व्होल्टेजने प्रथम वाढत्या प्रवृत्तीचे प्रदर्शन केले कारण वाढत्या संपर्क पृष्ठभागामुळे, 180 च्या लूप क्रमांकासह 7.5 V च्या कमाल आउटपुट व्होल्टेज शिखरापर्यंत. TATSA घट्ट झाले, आणि दोन धाग्यांमध्ये संपर्क-विभक्त जागा कमी झाली.घनतेचा आऊटपुटवर कोणत्या दिशेला मोठा प्रभाव पडतो हे शोधण्यासाठी, आम्ही टाटसाचा लूप नंबर वेल दिशेत 18 वर ठेवला आणि कोर्स दिशेतील लूप नंबर 7, 8, 9, 10 असा सेट केला. 11, 12, 13, आणि 14. संबंधित आउटपुट व्होल्टेज अंजीर मध्ये दर्शविले आहेत.S14.तुलनेने, आपण पाहू शकतो की अभ्यासक्रमाच्या दिशेने घनतेचा आउटपुट व्होल्टेजवर जास्त प्रभाव असतो.परिणामी, आउटपुट वैशिष्ट्यांचे सर्वसमावेशक मूल्यमापन केल्यानंतर TATSA विणण्यासाठी 210D/3 प्रवाहकीय धागा आणि 210D/6 नायलॉन धागा आणि 180 लूप युनिट्सची विणकाम पद्धत निवडण्यात आली.शिवाय, आम्ही पूर्ण कार्डिगन स्टिच आणि प्लेन स्टिच वापरून दोन टेक्सटाईल सेन्सरच्या आउटपुट सिग्नलची तुलना केली.अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे.S15, पूर्ण कार्डिगन स्टिच वापरून इलेक्ट्रिकल आउटपुट आणि संवेदनशीलता साध्या स्टिचच्या तुलनेत खूप जास्त आहे.

रिअल-टाइम सिग्नलचे निरीक्षण करण्यासाठी प्रतिसाद वेळ मोजला गेला.बाह्य शक्तींना आमच्या सेन्सरच्या प्रतिसादाच्या वेळेचे परीक्षण करण्यासाठी, आम्ही 1 ते 20 Hz (अनुक्रमे Fig. 3C आणि अंजीर S16) च्या डायनॅमिक प्रेशर इनपुटसह आउटपुट व्होल्टेज सिग्नलची तुलना केली.आउटपुट व्होल्टेज वेव्हफॉर्म्स 1 kPa च्या दाबाखाली इनपुट साइनसॉइडल प्रेशर वेव्हजशी जवळजवळ एकसारखे होते आणि आउटपुट वेव्हफॉर्म्सचा वेगवान प्रतिसाद वेळ (सुमारे 20 ms) होता.बाह्य शक्ती प्राप्त झाल्यानंतर शक्य तितक्या लवकर मूळ स्थितीत परत न आल्याने लवचिक संरचना या हिस्टेरेसीसचे कारण असू शकते.तरीसुद्धा, हे लहान हिस्टेरेसिस रिअल-टाइम मॉनिटरिंगसाठी स्वीकार्य आहे.विशिष्ट वारंवारता श्रेणीसह डायनॅमिक दाब प्राप्त करण्यासाठी, TATSA चा योग्य वारंवारता प्रतिसाद अपेक्षित आहे.अशा प्रकारे, TATSA चे वारंवारता वैशिष्ट्य देखील तपासले गेले.बाह्य रोमांचक वारंवारता वाढवून, आउटपुट व्होल्टेजचे मोठेपणा जवळजवळ अपरिवर्तित राहिले, जेव्हा टॅपिंग फ्रिक्वेन्सी 1 ते 20 हर्ट्झ (चित्र 3D) पर्यंत बदलते तेव्हा विद्युत् प्रवाहाचे मोठेपणा वाढले.

TATSA ची पुनरावृत्ती, स्थिरता आणि टिकाऊपणाचे मूल्यमापन करण्यासाठी, आम्ही आउटपुट व्होल्टेज आणि प्रेशर लोडिंग-अनलोडिंग चक्रांना वर्तमान प्रतिसादांची चाचणी केली.सेन्सरवर 5 हर्ट्झच्या वारंवारतेसह 1 kPa चा दाब लागू केला गेला.पीक-टू-पीक व्होल्टेज आणि प्रवाह 100,000 लोडिंग-अनलोडिंग चक्रांनंतर रेकॉर्ड केले गेले (अनुक्रमे 3E आणि अंजीर. S17).व्होल्टेजची वाढलेली दृश्ये आणि वर्तमान वेव्हफॉर्म अंजीर 3E आणि अंजीरच्या इनसेटमध्ये दर्शविले आहेत.S17, अनुक्रमे.परिणाम TATSA ची उल्लेखनीय पुनरावृत्ती, स्थिरता आणि टिकाऊपणा प्रकट करतात.सर्व-टेक्सटाईल उपकरण म्हणून धुण्याची क्षमता देखील TATSA चा एक आवश्यक मूल्यमापन निकष आहे.वॉशिंग क्षमतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी, अमेरिकन असोसिएशन ऑफ टेक्सटाईल केमिस्ट अँड कलरिस्ट (AATCC) चाचणी पद्धत 135-2017 नुसार आम्ही TATSA मशीन-वॉश केल्यानंतर सेन्सरच्या आउटपुट व्होल्टेजची चाचणी केली.तपशीलवार वॉशिंग प्रक्रियेचे वर्णन साहित्य आणि पद्धतींमध्ये केले आहे.आकृती 3F मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, 20 वेळा आणि 40 वेळा धुतल्यानंतर इलेक्ट्रिकल आउटपुट रेकॉर्ड केले गेले, ज्याने हे दाखवले की संपूर्ण वॉशिंग चाचण्यांमध्ये आउटपुट व्होल्टेजमध्ये कोणतेही वेगळे बदल झाले नाहीत.हे परिणाम TATSA ची उल्लेखनीय धुण्याची क्षमता सत्यापित करतात.वेअरेबल टेक्सटाइल सेन्सर म्हणून, आम्ही TATSA टेन्साइल (अंजीर S18), ट्विस्टेड (अंजीर S19) आणि भिन्न आर्द्रता (अंजीर S20) स्थितीत असताना आउटपुट कार्यप्रदर्शन देखील तपासले.

वर दर्शविलेल्या TATSA च्या असंख्य फायद्यांच्या आधारे, आम्ही एक वायरलेस मोबाइल हेल्थ मॉनिटरिंग सिस्टम (WMHMS) विकसित केली आहे, ज्यामध्ये सतत शारीरिक सिग्नल प्राप्त करण्याची आणि नंतर रुग्णाला व्यावसायिक सल्ला देण्याची क्षमता आहे.आकृती 4A TATSA वर आधारित WMHMS चे योजना आकृती दर्शवते.सिस्टीममध्ये चार घटक आहेत: एनालॉग फिजियोलॉजिकल सिग्नल प्राप्त करण्यासाठी TATSA, लो-पास फिल्टर (MAX7427) आणि अॅम्प्लीफायर (MAX4465) असलेले अॅनालॉग कंडिशनिंग सर्किट आणि सिग्नलचे उत्कृष्ट सिंक्रोनिझम सुनिश्चित करण्यासाठी, अॅनालॉग-टू-डिजिटल अॅनालॉग सिग्नल संकलित करण्यासाठी आणि डिजिटल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी मायक्रोकंट्रोलर युनिटवर आधारित कनवर्टर आणि मोबाइल फोन टर्मिनल ऍप्लिकेशन (APP; Huawei Honor 9) मध्ये डिजिटल सिग्नल प्रसारित करण्यासाठी ब्लूटूथ मॉड्यूल (CC2640 लो-पॉवर ब्लूटूथ चिप).या अभ्यासात, आकृती 4B मध्ये दाखवल्याप्रमाणे आम्ही TATSA ला लेस, रिस्टबँड, फिंगरस्टॉल आणि सॉकमध्ये अखंडपणे शिवले.

(अ) WMHMS चे चित्रण.(B) TATSA चे छायाचित्रे अनुक्रमे रिस्टबँड, फिंगरस्टॉल, सॉक आणि छातीच्या पट्ट्यामध्ये जोडलेले आहेत.(C1) मान, (D1) मनगट, (E1) बोटाचे टोक आणि (F1) घोट्यावरील नाडीचे मापन.(C2) मान, (D2) मनगट, (E2) बोटाचे टोक आणि (F2) घोट्यावर नाडी तरंग.(गो.) वेगवेगळ्या वयोगटातील नाडी तरंग.(एच) एकाच नाडी लहरीचे विश्लेषण.रेडियल ऑगमेंटेशन इंडेक्स (AIx) AIx (%) = P2/P1 म्हणून परिभाषित.P1 हे प्रगत लहरीचे शिखर आहे आणि P2 हे परावर्तित लहरीचे शिखर आहे.(I) ब्रॅचियल आणि घोट्याचे एक नाडी चक्र.पल्स वेव्ह व्हेलॉसिटी (PWV) ची व्याख्या PWV = D/∆T अशी केली जाते.D म्हणजे घोट्याच्या आणि ब्रॅचियलमधील अंतर.∆T म्हणजे घोट्याच्या शिखरे आणि ब्रॅचियल पल्स लहरींमधील वेळ विलंब.PTT, नाडी संक्रमण वेळ.(J) निरोगी आणि CADs दरम्यान AIx आणि brachial-ankle PWV (BAPWV) ची तुलना.*P < 0.01, **P < 0.001, आणि ***P < 0.05.एचटीएन, उच्च रक्तदाब;सीएचडी, कोरोनरी हृदयरोग;डीएम, मधुमेह मेल्तिस.फोटो क्रेडिट: जिन यांग, चोंगकिंग विद्यापीठ.

मानवी शरीराच्या वेगवेगळ्या भागांच्या नाडी सिग्नलचे निरीक्षण करण्यासाठी, आम्ही संबंधित स्थानांवर TATSA सह वरील सजावट जोडली: मान (Fig. 4C1), मनगट (Fig. 4D1), बोटाचे टोक (Fig. 4E1), आणि घोट्याचा (Fig. 4F1). ), S3 ते S6 चित्रपटांमध्ये स्पष्ट केल्याप्रमाणे.वैद्यकशास्त्रात, पल्स वेव्हमध्‍ये तीन ठळक वैशिष्‍ट्ये आहेत: प्रगत तरंग P1 चे शिखर, परावर्तित तरंग P2 चे शिखर आणि डायक्रोटिक वेव्ह P3 चे शिखर.या वैशिष्ट्य बिंदूंची वैशिष्ट्ये हृदय व रक्तवाहिन्यासंबंधी प्रणालीशी संबंधित धमनी लवचिकता, परिधीय प्रतिकार आणि डाव्या वेंट्रिक्युलर आकुंचनाची आरोग्य स्थिती प्रतिबिंबित करतात.वरील चार पदांवर असलेल्या २५ वर्षीय महिलेच्या नाडीच्या लहरी आमच्या चाचणीत घेतल्या गेल्या आणि त्यांची नोंद झाली.आकृती 4 (C2 ते E2) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, मान, मनगट आणि बोटांच्या टोकावरील नाडीच्या वेव्हफॉर्मवर तीन वेगळे करण्यायोग्य वैशिष्ट्य बिंदू (P1 ते P3) दिसून आले आहेत.याउलट, घोट्याच्या स्थानावर नाडी वेव्हफॉर्मवर फक्त P1 आणि P3 दिसू लागले आणि P2 उपस्थित नव्हते (चित्र 4F2).हा परिणाम डाव्या वेंट्रिकलद्वारे बाहेर पडलेल्या इनकमिंग रक्त तरंगाच्या सुपरपोझिशनमुळे आणि खालच्या अंगांमधून परावर्तित लहरीमुळे झाला (44).पूर्वीच्या अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की P2 वरच्या टोकांमध्ये मोजल्या जाणार्‍या वेव्हफॉर्ममध्ये सादर केले जाते परंतु घोट्यात नाही (45, 46).अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे आम्ही TATSA ने मोजलेल्या वेव्हफॉर्म्समध्ये समान परिणाम पाहिले.S21, जे येथे अभ्यास केलेल्या 80 रुग्णांच्या लोकसंख्येतील विशिष्ट डेटा दर्शविते.आम्ही पाहू शकतो की घोट्यात मोजलेल्या या नाडी वेव्हफॉर्ममध्ये P2 दिसला नाही, ज्यामुळे वेव्हफॉर्ममधील सूक्ष्म वैशिष्ट्ये शोधण्याची TATSA ची क्षमता प्रदर्शित होते.हे नाडी मापन परिणाम सूचित करतात की आमची WMHMS वरच्या आणि खालच्या शरीराची नाडी लहरी वैशिष्ट्ये अचूकपणे प्रकट करू शकते आणि ते इतर कामांपेक्षा श्रेष्ठ आहे (41, 47).आमचा TATSA वेगवेगळ्या वयोगटांसाठी मोठ्या प्रमाणावर लागू केला जाऊ शकतो हे पुढे दर्शविण्यासाठी, आम्ही वेगवेगळ्या वयोगटातील 80 विषयांचे नाडी तरंग मोजले आणि अंजीरमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे आम्ही काही विशिष्ट डेटा दर्शविला.S22.आकृती 4G मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, आम्ही 25, 45 आणि 65 वर्षे वयोगटातील तीन सहभागी निवडले आणि तीन वैशिष्ट्यांचे गुण तरुण आणि मध्यमवयीन सहभागींसाठी स्पष्ट होते.वैद्यकीय साहित्य (48) नुसार, बहुतेक लोकांच्या नाडीच्या तरंगाची वैशिष्ट्ये वयानुसार बदलतात, जसे की P2 बिंदूचे गायब होणे, जे परावर्तित लहरीमुळे पुढे सरकून पुढे सरकल्या गेलेल्या तरंगावर स्वत: ला वाढवते. रक्तवहिन्यासंबंधी लवचिकता.ही घटना आम्ही गोळा केलेल्या वेव्हफॉर्ममध्ये देखील प्रतिबिंबित होते, पुढे हे सत्यापित करते की TATSA वेगवेगळ्या लोकसंख्येवर लागू केले जाऊ शकते.

पल्स वेव्हफॉर्मचा परिणाम केवळ व्यक्तीच्या शारीरिक अवस्थेवरच होत नाही तर चाचणीच्या परिस्थितीमुळेही होतो.म्हणून, आम्ही TATSA आणि त्वचा (अंजीर S23) आणि मापन साइटवर (अंजीर S24) विविध शोध स्थानांमधील भिन्न संपर्क घट्टपणा अंतर्गत नाडी सिग्नल मोजले.हे आढळू शकते की TATSA मापन साइटवर मोठ्या प्रभावी शोध क्षेत्रामध्ये जहाजाभोवती तपशीलवार माहितीसह सातत्यपूर्ण नाडी तरंग प्राप्त करू शकते.याव्यतिरिक्त, TATSA आणि त्वचेच्या दरम्यान भिन्न संपर्क घट्टपणा अंतर्गत वेगळे आउटपुट सिग्नल आहेत.याव्यतिरिक्त, सेन्सर्स परिधान केलेल्या व्यक्तींच्या हालचाली नाडी सिग्नलवर परिणाम करतात.जेव्हा विषयाचा मनगट स्थिर स्थितीत असतो, तेव्हा प्राप्त केलेल्या नाडी वेव्हफॉर्मचे मोठेपणा स्थिर असते (अंजीर S25A);याउलट, जेव्हा मनगट −70° ते 70° या कोनात 30 s दरम्यान हळू हळू सरकत असेल, तेव्हा नाडी तरंगाच्या मोठेपणामध्ये चढ-उतार होईल (अंजीर S25B).तथापि, प्रत्येक पल्स वेव्हफॉर्मचा समोच्च दृश्यमान आहे, आणि नाडीचा दर अद्याप अचूकपणे प्राप्त केला जाऊ शकतो.साहजिकच, मानवी गतीमध्ये स्थिर पल्स वेव्ह संपादन करण्यासाठी, सेन्सर डिझाइन आणि बॅक-एंड सिग्नल प्रक्रियेसह पुढील कामांवर संशोधन करणे आवश्यक आहे.

शिवाय, आमच्या TATSA वापरून अधिग्रहित पल्स वेव्हफॉर्म्सद्वारे हृदय व रक्तवाहिन्यासंबंधी प्रणालीच्या स्थितीचे विश्लेषण आणि परिमाणात्मक मूल्यांकन करण्यासाठी, आम्ही हृदय व रक्तवाहिन्यासंबंधी प्रणालीच्या मूल्यांकन तपशीलानुसार दोन हेमोडायनामिक पॅरामीटर्स सादर केले, म्हणजे, ऑगमेंटेशन इंडेक्स (AIx) आणि वेग नाडी लहरी. (PWV), जे धमन्यांच्या लवचिकतेचे प्रतिनिधित्व करतात.अंजीर 4H मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, 25 वर्षांच्या निरोगी माणसाच्या मनगटावरील नाडीच्या वेव्हफॉर्मचा वापर AIx च्या विश्लेषणासाठी केला गेला.सूत्रानुसार (विभाग S1), AIx = 60% प्राप्त झाले, जे एक सामान्य मूल्य आहे.त्यानंतर, आम्ही या सहभागीच्या हाताच्या आणि घोट्याच्या स्थानांवर एकाच वेळी दोन नाडी वेव्हफॉर्म गोळा केले (पल्स वेव्हफॉर्म मोजण्याची तपशीलवार पद्धत सामग्री आणि पद्धतींमध्ये वर्णन केली आहे).अंजीर 4I मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, दोन नाडी वेव्हफॉर्म्सचे वैशिष्ट्य बिंदू वेगळे होते.त्यानंतर आम्ही सूत्रानुसार PWV ची गणना केली (विभाग S1).PWV = 1363 cm/s, जे निरोगी प्रौढ पुरुषाकडून अपेक्षित असलेले वैशिष्ट्यपूर्ण मूल्य आहे, प्राप्त झाले.दुसरीकडे, आपण पाहू शकतो की AIx किंवा PWV चे मेट्रिक्स पल्स वेव्हफॉर्मच्या मोठेपणाच्या फरकाने प्रभावित होत नाहीत आणि शरीराच्या वेगवेगळ्या भागांमध्ये AIx ची मूल्ये भिन्न आहेत.आमच्या अभ्यासात, रेडियल AIx वापरला गेला.वेगवेगळ्या लोकांमध्ये WMHMS ची लागूता पडताळण्यासाठी, आम्ही निरोगी गटातील 20 सहभागी, उच्च रक्तदाब (HTN) गटातील 20, 50 ते 59 वर्षे वयोगटातील कोरोनरी हृदयरोग (CHD) गटातील 20 आणि 20 जणांची निवड केली. मधुमेह मेल्तिस (डीएम) गट.आम्ही त्यांच्या नाडी लहरी मोजल्या आणि त्यांच्या दोन पॅरामीटर्स, AIx आणि PWV यांची तुलना केली, जसे की चित्र 4J मध्ये सादर केले आहे.हे आढळू शकते की HTN, CHD आणि DM गटांची PWV मूल्ये निरोगी गटाच्या तुलनेत कमी होती आणि त्यांच्यात सांख्यिकीय फरक आहे (PHTN ≪ 0.001, PCHD ≪ 0.001, आणि PDM ≪ 0.001; P मूल्यांची गणना t ने केली होती. चाचणी).दरम्यान, निरोगी गटाच्या तुलनेत HTN आणि CHD गटांची AIx मूल्ये कमी होती आणि त्यांच्यात सांख्यिकीय फरक आहे (PHTN <0.01, PCHD <0.001, आणि PDM <0.05).CHD, HTN, किंवा DM असलेल्या सहभागींचे PWV आणि AIx निरोगी गटातील लोकांपेक्षा जास्त होते.परिणाम दर्शविते की हृदय व रक्तवाहिन्यासंबंधी आरोग्य स्थितीचे मूल्यांकन करण्यासाठी हृदय व रक्तवाहिन्यासंबंधी पॅरामीटरची गणना करण्यासाठी TATSA अचूकपणे पल्स वेव्हफॉर्म प्राप्त करण्यास सक्षम आहे.शेवटी, वायरलेस, उच्च-रिझोल्यूशन, उच्च-संवेदनशीलता वैशिष्ट्ये आणि आरामामुळे, TATSA वर आधारित WMHMS सध्याच्या महागड्या वैद्यकीय उपकरणांपेक्षा हॉस्पिटलमध्ये वापरल्या जाणार्‍या महागड्या वैद्यकीय उपकरणांपेक्षा रीअल-टाइम मॉनिटरिंगसाठी अधिक कार्यक्षम पर्याय प्रदान करते.

पल्स वेव्ह व्यतिरिक्त, श्वासोच्छवासाची माहिती देखील एखाद्या व्यक्तीच्या शारीरिक स्थितीचे मूल्यांकन करण्यात मदत करण्यासाठी एक प्राथमिक महत्त्वपूर्ण चिन्ह आहे.आमच्या TATSA वर आधारित श्वासोच्छवासाचे निरीक्षण पारंपारिक पॉलीसोमनोग्राफीपेक्षा अधिक आकर्षक आहे कारण ते चांगल्या आरामासाठी कपड्यांमध्ये अखंडपणे समाकलित केले जाऊ शकते.पांढर्‍या लवचिक छातीच्या पट्ट्यामध्ये टाकलेले, TATSA थेट मानवी शरीराशी बांधले गेले आणि श्वासोच्छवासाचे निरीक्षण करण्यासाठी छातीभोवती सुरक्षित केले गेले (चित्र 5A आणि चित्रपट S7).रिबकेजच्या विस्तार आणि आकुंचनाने TATSA विकृत होते, परिणामी विद्युत उत्पादन होते.अधिग्रहित वेव्हफॉर्म अंजीर 5B मध्ये सत्यापित केले आहे.मोठे चढ-उतार असलेले सिग्नल (1.8 V चे मोठेपणा) आणि नियतकालिक बदल (0.5 Hz ची वारंवारता) श्वसन गतीशी संबंधित होते.या मोठ्या चढउतार सिग्नलवर तुलनेने लहान चढ-उतार सिग्नल सुपरइम्पोज करण्यात आला होता, जो हृदयाचा ठोका सिग्नल होता.श्वसन आणि हृदयाचे ठोके सिग्नलच्या वारंवारतेच्या वैशिष्ट्यांनुसार, आम्ही 0.8-Hz लो-पास फिल्टर आणि 0.8- ते 20-Hz बँड-पास फिल्टरचा वापर अनुक्रमे श्वसन आणि हृदयाचे ठोके सिग्नल वेगळे करण्यासाठी, चित्र 5C मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे केला आहे. .या प्रकरणात, मुबलक शारीरिक माहितीसह स्थिर श्वसन आणि नाडी सिग्नल (जसे की श्वसन दर, हृदयाचे ठोके आणि नाडीच्या लहरीचे वैशिष्ट्य बिंदू) एकाच वेळी आणि अचूकपणे छातीवर एकच TATSA ठेवून प्राप्त केले गेले.

(A) श्वासोच्छवासाशी संबंधित दाबामध्ये सिग्नल मोजण्यासाठी छातीवर ठेवलेल्या TATSA चे प्रदर्शन दर्शविणारे छायाचित्र.(ब) छातीवर आरोहित TATSA साठी व्होल्टेज-टाइम प्लॉट.(C) सिग्नलचे विघटन (B) हृदयाचे ठोके आणि श्वासोच्छवासाच्या वेव्हफॉर्ममध्ये.(डी) झोपेच्या वेळी अनुक्रमे श्वसन आणि नाडी मोजण्यासाठी पोटावर आणि मनगटावर दोन TATSA ठेवलेले छायाचित्र.(ई) निरोगी सहभागीचे श्वसन आणि नाडी सिग्नल.एचआर, हृदय गती;बीपीएम, प्रति मिनिट बीट्स.(एफ) एसएएस सहभागीचे श्वसन आणि नाडी सिग्नल.(जी) निरोगी सहभागीचे श्वसन सिग्नल आणि पीटीटी.(एच) एसएएस सहभागीचे श्वसन सिग्नल आणि पीटीटी.(I) PTT उत्तेजना निर्देशांक आणि ऍपनिया-हायपोप्निया इंडेक्स (AHI) यांच्यातील संबंध.फोटो क्रेडिट: वेनजिंग फॅन, चोंगकिंग विद्यापीठ.

आमचा सेन्सर अचूक आणि विश्वासार्हपणे नाडी आणि श्वसन सिग्नलचे निरीक्षण करू शकतो हे सिद्ध करण्यासाठी, आम्ही आमच्या TATSA आणि मानक वैद्यकीय उपकरण (MHM-6000B) यांच्यातील नाडी आणि श्वसन सिग्नलच्या मोजमाप परिणामांची तुलना करण्यासाठी एक प्रयोग केला, जसे की S8 चित्रपटांमध्ये स्पष्ट केले आहे. आणि S9.पल्स वेव्ह मापनामध्ये, वैद्यकीय उपकरणाचा फोटोइलेक्ट्रिक सेन्सर एका तरुण मुलीच्या डाव्या हाताच्या तर्जनीवर घातला गेला होता आणि दरम्यान, आमचा TATSA तिच्या उजव्या तर्जनीवर घातला गेला होता.दोन अधिग्रहित पल्स वेव्हफॉर्म्सवरून, आम्ही पाहू शकतो की त्यांची रूपरेषा आणि तपशील सारखेच होते, हे दर्शविते की TATSA ने मोजलेली नाडी वैद्यकीय उपकरणाप्रमाणेच अचूक आहे.श्वसन लहरी मापनात, वैद्यकीय सूचनेनुसार तरुणाच्या शरीरावर पाच इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफिक इलेक्ट्रोड जोडले गेले.याउलट, फक्त एक TATSA थेट शरीरावर बांधला होता आणि छातीभोवती सुरक्षित होता.गोळा केलेल्या श्वसन संकेतांवरून असे दिसून येते की आमच्या TATSA द्वारे शोधलेल्या श्वसन सिग्नलची भिन्नता प्रवृत्ती आणि दर वैद्यकीय उपकरणाद्वारे सुसंगत होते.या दोन तुलना प्रयोगांनी नाडी आणि श्वसन संकेतांचे निरीक्षण करण्यासाठी आमच्या सेन्सर प्रणालीची अचूकता, विश्वासार्हता आणि साधेपणा प्रमाणित केला.

शिवाय, आम्ही स्मार्ट कपड्यांचा एक तुकडा तयार केला आणि अनुक्रमे श्वसन आणि नाडी सिग्नलचे निरीक्षण करण्यासाठी पोट आणि मनगटाच्या स्थानांवर दोन TATSA शिवले.विशेषतः, एक विकसित ड्युअल-चॅनेल WMHMS नाडी आणि श्वसन सिग्नल एकाच वेळी कॅप्चर करण्यासाठी वापरला गेला.या प्रणालीद्वारे, आम्ही झोपताना (चित्र 5D आणि चित्रपट S10) आणि बसताना (अंजीर S26 आणि चित्रपट S11) आमच्या स्मार्ट कपडे घातलेल्या 25-वर्षीय व्यक्तीचे श्वसन आणि नाडी सिग्नल प्राप्त केले.अधिग्रहित श्वसन आणि नाडी सिग्नल मोबाईल फोनच्या एपीपीवर वायरलेसपणे प्रसारित केले जाऊ शकतात.वर नमूद केल्याप्रमाणे, TATSA मध्ये श्वसन आणि नाडीचे सिग्नल कॅप्चर करण्याची क्षमता आहे.हे दोन फिजियोलॉजिकल सिग्नल देखील SAS चे वैद्यकीयदृष्ट्या अंदाज लावण्याचे निकष आहेत.म्हणून, आमच्या TATSA चा वापर झोपेची गुणवत्ता आणि संबंधित झोपेच्या विकारांचे परीक्षण आणि मूल्यांकन करण्यासाठी देखील केला जाऊ शकतो.अंजीर 5 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे (अनुक्रमे ई आणि एफ), आम्ही दोन सहभागी, एक निरोगी आणि एसएएस असलेल्या रुग्णाची नाडी आणि श्वसन वेव्हफॉर्म सतत मोजले.ऍप्निया नसलेल्या व्यक्तीसाठी, मोजलेले श्वसन आणि नाडीचे दर अनुक्रमे 15 आणि 70 वर स्थिर राहिले.SAS असलेल्या रूग्णांसाठी, 24s साठी एक वेगळा श्वसनक्रिया बंद होणे, जे एक अडथळा श्वासोच्छवासाच्या घटनेचे संकेत आहे, आढळून आले आणि मज्जासंस्थेच्या नियमनामुळे ऍपनियाच्या कालावधीनंतर हृदय गती किंचित वाढली (49).सारांश, आमच्या TATSA द्वारे श्वसन स्थितीचे मूल्यांकन केले जाऊ शकते.

नाडी आणि श्वसन संकेतांद्वारे एसएएसच्या प्रकाराचे अधिक मूल्यांकन करण्यासाठी, आम्ही पल्स ट्रान्झिट टाइम (पीटीटी) चे विश्लेषण केले, जो निरोगी पुरुष आणि रुग्णाच्या परिधीय संवहनी प्रतिकार आणि इंट्राथोरॅसिक दाब (विभाग S1 मध्ये परिभाषित) मधील बदल प्रतिबिंबित करणारा एक गैर-आक्रमक सूचक आहे. SAS.निरोगी सहभागीसाठी, श्वसन दर अपरिवर्तित राहिला आणि PTT 180 ते 310 ms (Fig. 5G) पर्यंत तुलनेने स्थिर होता.तथापि, एसएएस सहभागींसाठी, ऍपनिया (चित्र 5 एच) दरम्यान PTT 120 ते 310 ms पर्यंत सतत वाढला.अशा प्रकारे, सहभागीचे निदान केले गेले अवरोधक SAS (OSAS).श्वासोच्छवासाच्या दरम्यान PTT मध्ये बदल कमी झाल्यास, ही स्थिती सेंट्रल स्लीप एपनिया सिंड्रोम (CSAS) म्हणून निर्धारित केली जाईल आणि जर ही दोन्ही लक्षणे एकाच वेळी अस्तित्वात असतील, तर त्याचे मिश्रित SAS (MSAS) म्हणून निदान केले जाईल.SAS च्या तीव्रतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी, आम्ही एकत्रित सिग्नलचे विश्लेषण केले.PTT उत्तेजना निर्देशांक, जो प्रति तास PTT उत्तेजनांची संख्या आहे (PTT उत्तेजनाची व्याख्या ≥3 s पर्यंत टिकणारी ≥15 ms च्या PTT मध्ये घसरण म्हणून केली जाते), SAS च्या डिग्रीचे मूल्यांकन करण्यात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते.ऍपनिया-हायपोप्निया इंडेक्स (एएचआय) हे SAS ची डिग्री निश्चित करण्यासाठी एक मानक आहे (ऍपनिया म्हणजे श्वासोच्छ्वास थांबवणे, आणि हायपोप्निया म्हणजे अति उथळ श्वास घेणे किंवा असाधारणपणे कमी श्वसन दर), ज्याची व्याख्या प्रति ऍपनिया आणि हायपोप्नियाची संख्या म्हणून केली जाते. झोपताना तास (AHI आणि OSAS साठी रेटिंग निकषांमधील संबंध टेबल S2 मध्ये दर्शविला आहे).AHI आणि PTT उत्तेजना निर्देशांक यांच्यातील संबंध तपासण्यासाठी, एसएएस असलेल्या 20 रुग्णांच्या श्वसन संकेतांची निवड आणि TATSAs सह विश्लेषण करण्यात आले.अंजीर 5I मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, PTT उत्तेजना निर्देशांक सकारात्मकपणे AHI शी संबंधित आहे, कारण झोपेच्या दरम्यान ऍप्निया आणि हायपोप्नियामुळे रक्तदाब स्पष्ट आणि क्षणिक वाढतो, ज्यामुळे PTT कमी होते.त्यामुळे, आमची TATSA एकाच वेळी स्थिर आणि अचूक नाडी आणि श्वसन सिग्नल मिळवू शकते, अशा प्रकारे संबंधित रोगांचे निरीक्षण आणि मूल्यांकन करण्यासाठी हृदय व रक्तवाहिन्यासंबंधी प्रणाली आणि SAS वरील महत्त्वपूर्ण शारीरिक माहिती प्रदान करते.

सारांश, आम्ही एकाच वेळी विविध शारीरिक सिग्नल शोधण्यासाठी पूर्ण कार्डिगन स्टिच वापरून TATSA विकसित केले.या सेन्सरमध्ये 7.84 mV Pa−1 ची उच्च संवेदनशीलता, 20 ms चा जलद प्रतिसाद वेळ, 100,000 पेक्षा जास्त चक्रांची उच्च स्थिरता आणि विस्तृत कार्य वारंवारता बँडविड्थ वैशिष्ट्यीकृत आहे.TATSA च्या आधारावर, मोजलेले शारीरिक मापदंड मोबाइल फोनवर प्रसारित करण्यासाठी WMHMS देखील विकसित केले गेले.TATSA सौंदर्याचा डिझाइनसाठी कपड्यांच्या वेगवेगळ्या साइट्समध्ये समाविष्ट केले जाऊ शकते आणि रिअल टाइममध्ये नाडी आणि श्वसन सिग्नलचे एकाच वेळी निरीक्षण करण्यासाठी वापरले जाऊ शकते.तपशीलवार माहिती कॅप्चर करण्याच्या क्षमतेमुळे निरोगी व्यक्ती आणि सीएडी किंवा एसएएस असलेल्या व्यक्तींमध्ये फरक करण्यास मदत करण्यासाठी प्रणाली लागू केली जाऊ शकते.या अभ्यासाने मानवी नाडी आणि श्वासोच्छ्वास मोजण्यासाठी एक आरामदायक, कार्यक्षम आणि वापरकर्ता-अनुकूल दृष्टीकोन प्रदान केला, जो परिधान करण्यायोग्य टेक्सटाइल इलेक्ट्रॉनिक्सच्या विकासामध्ये प्रगती दर्शवितो.

स्टेनलेस स्टील वारंवार मोल्डमधून पार केले गेले आणि 10 μm व्यासासह फायबर तयार करण्यासाठी ताणले गेले.व्यावसायिक वन-प्लाय टेरिलीन यार्नच्या अनेक तुकड्यांमध्ये इलेक्ट्रोड म्हणून स्टेनलेस स्टीलचा फायबर घातला गेला.

साइनसॉइडल प्रेशर सिग्नल प्रदान करण्यासाठी फंक्शन जनरेटर (स्टॅनफोर्ड DS345) आणि अॅम्प्लीफायर (लॅबवर्कपीए-13) वापरले गेले.TATSA वर लागू केलेला बाह्य दाब मोजण्यासाठी ड्युअल-रेंज फोर्स सेन्सर (व्हर्नियर सॉफ्टवेअर आणि टेक्नॉलॉजी एलएलसी) वापरला गेला.TATSA चे आउटपुट व्होल्टेज आणि करंट निरीक्षण आणि रेकॉर्ड करण्यासाठी केथली सिस्टम इलेक्ट्रोमीटर (Keithley 6514) वापरला गेला.

AATCC चाचणी पद्धती 135-2017 नुसार, आम्ही 1.8-किलो लोड म्हणून TATSA आणि पुरेशी गिट्टी वापरली आणि नंतर नाजूक मशीन वॉशिंग सायकल पार पाडण्यासाठी व्यावसायिक लॉन्डरिंग मशीनमध्ये (Labtex LBT-M6T) ठेवले.त्यानंतर, आम्ही 25 डिग्री सेल्सिअस तापमानात 18 गॅलन पाण्याने लाँडरिंग मशीन भरले आणि निवडलेल्या वॉशिंग सायकल आणि वेळेसाठी वॉशर सेट केले (आंदोलन गती, 119 स्ट्रोक प्रति मिनिट; धुण्याची वेळ, 6 मिनिटे; अंतिम फिरकी गती, 430 rpm; अंतिम फिरण्याची वेळ, 3 मिनिटे).शेवटी, TATSA 26°C पेक्षा जास्त नसलेल्या खोलीच्या तापमानात स्थिर हवेत कोरड्या टांगण्यात आले.

प्रजेला बेडवर सुपिन स्थितीत झोपण्याची सूचना देण्यात आली.TATSA मोजमाप साइटवर ठेवले होते.एकदा विषय मानक सुपिन स्थितीत आल्यावर, त्यांनी 5 ते 10 मिनिटांसाठी पूर्णपणे आरामशीर स्थिती राखली.पल्स सिग्नल नंतर मोजू लागला.

या लेखासाठी पूरक साहित्य https://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/11/eaay2840/DC1 येथे उपलब्ध आहे

अंजीर S9.COMSOL सॉफ्टवेअर वापरून 0.2 kPa वर लागू केलेल्या दबावाखाली TATSA च्या सक्तीच्या वितरणाचा सिम्युलेशन परिणाम.

अंजीर S10.अनुक्रमे 0.2 आणि 2 kPa वर लागू केलेल्या दबावाखाली संपर्क युनिटच्या सक्तीच्या वितरणाचे सिम्युलेशन परिणाम.

अंजीर S11.शॉर्ट-सर्किट परिस्थितीत संपर्क युनिटच्या चार्ज ट्रान्सफरचे पूर्ण योजनाबद्ध चित्रे.

अंजीर S13.मापन चक्रात सतत लागू होणाऱ्या बाह्य दाबाला प्रतिसाद म्हणून TATSA चे सतत आउटपुट व्होल्टेज आणि प्रवाह.

अंजीर S14.वॅले दिशेत लूप नंबर अपरिवर्तित ठेवताना समान फॅब्रिक क्षेत्रातील लूप युनिट्सच्या विविध संख्यांना व्होल्टेज प्रतिसाद.

अंजीर S15.पूर्ण कार्डिगन स्टिच आणि प्लेन स्टिच वापरून दोन टेक्सटाइल सेन्सरच्या आउटपुट परफॉर्मन्समधील तुलना.

अंजीर S16.1 kPa च्या डायनॅमिक प्रेशरवर वारंवारता प्रतिसाद आणि 3, 5, 7, 9, 10, 11, 13, 15, 18 आणि 20 Hz दाब इनपुट वारंवारता दर्शवणारे प्लॉट.

अंजीर S25.जेव्हा विषय स्थिर आणि गती स्थितीत असतो तेव्हा सेन्सरचे आउटपुट व्होल्टेज.

अंजीर S26.श्वासोच्छवास आणि नाडी मोजण्यासाठी एकाच वेळी ओटीपोटावर आणि मनगटावर ठेवलेले TATSA दर्शविणारे छायाचित्र.

क्रिएटिव्ह कॉमन्स अॅट्रिब्युशन-नॉन-कॉमर्सियल परवान्याच्या अटींनुसार वितरीत केलेला हा खुला-प्रवेश लेख आहे, जो कोणत्याही माध्यमात वापर, वितरण आणि पुनरुत्पादनास परवानगी देतो, जोपर्यंत परिणामी वापर व्यावसायिक फायद्यासाठी होत नाही आणि मूळ काम योग्यरित्या केले गेले आहे. उद्धृत.

सुचना: आम्ही फक्त तुमच्या ईमेल पत्त्याची विनंती करतो जेणेकरून तुम्ही ज्या व्यक्तीने पृष्ठाची शिफारस करत आहात त्यांना हे कळेल की त्यांनी ते पहावे आणि ते जंक मेल नाही.आम्ही कोणताही ईमेल पत्ता पकडत नाही.

वेनजिंग फॅन, कियांग हे, केयू मेंग, झुलॉन्ग टॅन, झिहाओ झोउ, गाओकियांग झांग, जिन यांग, झोंग लिन वांग यांनी

आरोग्य निरीक्षणासाठी उच्च दाब संवेदनशीलता आणि आरामदायी ट्रायबोइलेक्ट्रिक ऑल-टेक्सटाइल सेन्सर विकसित करण्यात आला आहे.

वेनजिंग फॅन, कियांग हे, केयू मेंग, झुलॉन्ग टॅन, झिहाओ झोउ, गाओकियांग झांग, जिन यांग, झोंग लिन वांग यांनी

आरोग्य निरीक्षणासाठी उच्च दाब संवेदनशीलता आणि आरामदायी ट्रायबोइलेक्ट्रिक ऑल-टेक्सटाइल सेन्सर विकसित करण्यात आला आहे.

© 2020 अमेरिकन असोसिएशन फॉर द अॅडव्हान्समेंट ऑफ सायन्स.सर्व हक्क राखीव.AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef आणि COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548 चे भागीदार आहे.