柔性傳感器件的發(fā)展促進(jìn)了實(shí)時(shí)原位人體健康監(jiān)測裝置的實(shí)現(xiàn)，尤其是可植入體內(nèi)的柔性應(yīng)變傳感器，其與組織/器官的緊密結(jié)合可有效減少傳感器-組織界面的機(jī)械滑動，同時(shí)減少對生物活動的干擾。然而，柔性應(yīng)變傳感器大多配有電源和信號線，不可避免地給使用過程帶來不便，甚至在第二次手術(shù)中更換電源時(shí)會造成潛在風(fēng)險(xiǎn)。盡管研究者們已經(jīng)開發(fā)了基于電阻-電感-電容（RLC）系統(tǒng)的柔性應(yīng)變傳感器，然而，由于在應(yīng)變狀態(tài)下的電阻增加，RLC系統(tǒng)難以保持高質(zhì)量（Q）因子，因而很難實(shí)現(xiàn)應(yīng)變傳感過程中的穩(wěn)定無線輸出。如何設(shè)計(jì)和開發(fā)具備無線無源傳感能力的超柔性應(yīng)變傳感器是實(shí)現(xiàn)植入式生物力學(xué)監(jiān)測急需解決的問題。
圖1 （a）基于磁性水凝膠的柔性應(yīng)變傳感器；（b）不同磁顆粒濃度的磁性水凝膠照片；（c）磁基應(yīng)變傳感器的工作原理與磁場模型示意圖。
圖3 （a）基于磁基應(yīng)變傳感器的無線無源生物力學(xué)監(jiān)測平臺；（b）（c）不同磁顆粒濃度傳感器監(jiān)測的心肌搏動信號；（d）（e）不同心肌細(xì)胞濃度(A, B: 1×106 cells/cm2; C, D: 2×106 cells/cm2)產(chǎn)生的同步收縮信號；（f）（g）心肌細(xì)胞的藥物反應(yīng)；（h）平臺對心肌細(xì)胞的長期監(jiān)測結(jié)果
該研究成果以“基于超軟、生物相容性磁性水凝膠的應(yīng)變傳感器及其在無線無源生物力學(xué)監(jiān)測的應(yīng)用”（Ultrasoft and Biocompatible Magnetic Hydrogel-Based Strain Sensors for Wireless Passive Biomechanical Monitoring）為題，在國際權(quán)威期刊《ACS Nano》上在線發(fā)表。論文第一作者為西安交大生命學(xué)院博士生張淇，通訊作者為西安交通大學(xué)生命學(xué)院的張曉慧教授。該工作得到國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c10404
張曉慧教授主頁鏈接：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/xiaohuizhang/home
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