西安工程大学:研发纤维温度传感器实时监测小孩体温

体温是人体健康的一个重要指标。传统的水银体温计和医用电子体温计反应速度较慢(≥1 分钟),而且由于其刚性,无法长时间佩戴以实现连续体温监测。


研究通过湿法纺丝技术与浸渍技术相结合,一步制备出了皮芯结构聚氨酯(PU)/石墨烯封装聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)感温纤维。


该复合纤维具有高灵敏度(-1.72%/°C)、超分辨率(0.1°C)、快速时间响应(17 秒)、抗汗渍干扰以及在 30-50°C 温度感应范围内的高线性度(R2 = 0.98)。这种纤维的强度足以与商用棉纱编织成感温织物。这种织物具有良好的舒适性和耐用性,可布置在布料的腋下位置,实现在日常活动中不间断地实时监测体温。通过蓝牙无线传输,可实时监测体温,并通过手机显示给家长或监护人。总之,纤维温度传感器因其传感稳定性、舒适性和耐用性,将大大提高可穿戴温度传感器在智能医疗领域的实际应用。

本工作将湿纺技术与浸渍技术相结合,一步到位研制了一种PU/石墨烯封装的PEDOT:PSS纤维温度传感器,具有抗汗干扰、灵敏度高、耐磨性好等特点。PEDOT:PSS光纤的温度传感能力可以通过改变混凝槽中IPA和DMSO的比例和去离子水的洗涤时间来调节。当IPA与DMSO的比例为2:1,洗涤时间为10 min时,PEDOT:PSS纤维的灵敏度达到最佳值−1.46%/°C。由于PU/石墨烯层的导电性和导热性的协同作用,复合纤维的灵敏度进一步提高,达到−1.72%/°C,线性度为0.98。当温度范围为30–50 °C时,复合纤维的响应时间为17s,远快于汞温度计(≥5 min)和电子医用温度计(≥1 min)。传感精度为0.1°C,与商用温度计的精度一致,可测量为体温的最小变化。复合纤维的强度足以与任何商业纺织纱线编织,形成对温度敏感的织物。该面料具有与商业棉质 T 恤相似的舒适性和耐用性。


此外,由于PU/石墨烯的皮肤层具有优异的憎水性能,复合纤维的灵敏度不受汗液等水分的影响,因此可以布置在布料中的腋窝位置,实现对体温的实时监测。此外,我们开发了一套基于Arduino Uno和蓝牙HC-06的蓝牙传输系统,将从温度传感光纤采集的数据实时传输到手机和云端。因此,含有温敏纤维的织物可用于智能医疗和疾病监测,对于人体生理信息的长期、稳定、远程监测具有重要意义。

来源:传感器专家网


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