自我修复传感器对温度有反应，能适应皮肤

可穿戴电子设备要实现其在医疗保健监测方面的承诺，至少需要做两件事:从刚性转变为柔性，以适应不断变化的结构需求，并修复自身的正常磨损。在液态金属和特殊聚合物的帮助下，研究人员已经开发出可以同时做到这两点的传感器。

一组研究人员由郑海宇“拉里”詹姆斯·l·亨德森，宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学纪念副教授，在《科学》杂志上发表了他们的研究结果先进材料。

根据Cheng的说法，在刚性状态下制造传感器比在软状态下制造传感器更好，因为不同的层可以堆叠在一起而不会变形。当一个人需要读取所提供的重要信息时，传感器处于固定状态也会受益，因为这些信息在固定的屏幕上显示得最好。然而，当患者穿戴在柔软状态下时——他们可能正在监测他们的体温、心率或其他疾病进展或一般健康意识的生命体征——允许传感器符合皮肤的地形，并收集更准确的生命信息。

“在过去，我们必须使用两种类型的设备，因为我们没有办法把这两种设备结合在一起，”程说。“但是现在，我们证明了可以通过一个简单的温度开关来调节传感器从刚性到软的切换。当传感器处于皮肤温度时，它是柔软的，但当它非常冷时，它会再次变得坚硬。”

据研究人员称，这也有助于与皮肤的粘附和传感器的移除。

“当传感器是软的，粘附性能更强，”第一作者和共同通讯作者李阳说，他曾是宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学系的访问学者，现在在中国天津河北工业大学健康科学与生物医学工程学院工作。“例如，你可以在皮肤上敷一个冰袋，这样传感器材料就会逐渐变硬，然后自然地从皮肤上脱落。这是一种从强到弱的附着力转换，在不损害皮肤的情况下更容易去除它。这对婴儿和老年人尤其重要，因为他们的皮肤可能非常脆弱。”

一组研究人员开发了一种医疗传感器，它可以自愈自身的正常磨损，也可以从刚性转变为柔软，以适应温度变化引发的结构需求变化，如图所示。来源:Larry Cheng提供。

虽然利用温度变化或热交换来改变材料的状态并不是全新的，因为它已经在非常高的温度下完成了。Cheng说，在与人体相关的温度下进行这项工作是新的。他们在医疗电子传感器上成功演示这种方法的关键是液态金属，它提供接近固体金属的性能，但允许设计形状的灵活性。液态金属也有助于成功演示具有自愈特性的传感器。

当传感器出现裂纹或因磨损而造成的其他机械损伤时，其自我修复功能可使生命监测不间断地继续进行。它还可以延长设备寿命。

除了液态金属外，研究人员还使用了一种可以产生氢键的聚合物来帮助设备愈合。Cheng说，虽然之前的研究已经使用了氢键进行自我修复，但它的方式更有限，增加了设备修复所需的时间。

Cheng说:“尽管过去人们一直在研究不同的自我修复材料，但结果只能在24小时或更长时间后才能实现，而在这里，我们可以以更快的方式完成，可能快到5分钟左右。”“你不想等30个小时才收集到人体数据，特别是在监测疾病可能危及生命的情况下。通过我们的方法，我们想要——也可以——几乎在几秒钟内恢复功能。”

研究人员计划下一步将热开关和自我修复特性大规模集成到传感器中，并用于从养老院到疾病进展监测的各种环境中。

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