香港大學(xué)利用阿基米德螺旋設(shè)計(jì)溫度傳感器 實(shí)現(xiàn)人體器官精確測(cè)溫

　　用于健康監(jiān)測(cè)的柔性電子器件一直是醫(yī)療器械發(fā)展的主要方向之一。微米厚度的超薄器件在測(cè)量生理信號(hào)方面具有良好的一致性和良好的性能，與傳統(tǒng)的剛性襯底電子器件相比，靈活的設(shè)備可以最大限度地減少受試者的機(jī)械失配、刺激和不適。此外，通過(guò)顯著降低接觸阻抗，器件的共形性也可以獲得更好的信噪比（SNR）。

　　迄今為止，各種類型的柔性傳感器已被開(kāi)發(fā)用于生物醫(yī)學(xué)和共形應(yīng)用，已經(jīng)演示了體溫、動(dòng)脈壓、和血壓等物理信號(hào)的傳感器，以及心電圖（ECG）、肌電圖（EMG）和腦電圖（EEG）等電信號(hào)的傳感器，總厚度為630?nm的超薄傳感器被集成到醫(yī)用導(dǎo)管上，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者的炎癥水平。除了傳感功能外，柔性電子設(shè)備還被應(yīng)用于帶有反饋的人機(jī)界面（HMI）設(shè)備中。

　　柔性傳感器在醫(yī)療保健中的一個(gè)示例用途是柔性熱致動(dòng)器，其以稱為熱消融的程序傳遞集中的局部熱量以破壞組織。這些裝置可以附著在手術(shù)工具上或直接附著在組織上，通常通過(guò)以蛇形或半環(huán)圓形設(shè)計(jì)圖案化電極來(lái)使其可拉伸。

　　半回路圓形設(shè)計(jì)的問(wèn)題在于，在回路的急轉(zhuǎn)彎處會(huì)出現(xiàn)薄弱點(diǎn)，從而在拉伸或承受大電流時(shí)會(huì)導(dǎo)致電極擊穿。此外，大多數(shù)現(xiàn)有設(shè)備的加熱溫度都不會(huì)超過(guò)50℃，那些確實(shí)缺少溫度感應(yīng)功能的設(shè)備。擴(kuò)大加熱溫度范圍并在設(shè)備中集成熱傳感器將使外科醫(yī)生能夠測(cè)量器官溫度并提供更精確的熱量進(jìn)行消融。

　　近日，香港大學(xué)的Paddy Chan和他的同事在人體皮膚上開(kāi)發(fā)了機(jī)械振動(dòng)觸覺(jué)裝置，可以模擬人體的觸摸感受，已經(jīng)使用基于鎵的應(yīng)變傳感器來(lái)檢測(cè)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的身體運(yùn)動(dòng)。在此次研究中，研究人員使用阿基米德螺旋設(shè)計(jì)可以創(chuàng)建一個(gè)靈活的熱致動(dòng)器兼溫度傳感器，該傳感器連接到器官上以進(jìn)行精確的溫度感測(cè)和熱消融。

　　與半環(huán)圓形設(shè)計(jì)不同，阿基米德螺旋形圖案沒(méi)有弱點(diǎn)，并且它們的高長(zhǎng)寬比確保了高阻力。為了形成集成的致動(dòng)器-傳感器設(shè)備，將通過(guò)光刻法產(chǎn)生的金和鉻螺旋沉積在1.5μm的聚對(duì)二甲苯薄層上，并用另一個(gè)500 nm聚對(duì)二甲苯封裝。實(shí)驗(yàn)表明，該裝置自然包裹了器官，從而使執(zhí)行器能夠傳遞足夠的熱量來(lái)破壞肝臟組織。該設(shè)備在25-60℃之間顯示出線性感應(yīng)和加熱響應(yīng)，可以在不到10分鐘的時(shí)間內(nèi)將組織燒傷至2毫米深。與傳統(tǒng)的射頻熱消融相比，要達(dá)到50℃，需要大約50 W或更高的功率輸入，這些柔性設(shè)備僅需要300 mW。

　　當(dāng)一個(gè)執(zhí)行器傳感器設(shè)備連接到外科手術(shù)機(jī)械手上，另一執(zhí)行器傳感器設(shè)備連接在丁腈手套上時(shí)，這兩個(gè)設(shè)備會(huì)相互作用，從而使手套佩戴者能夠在10秒內(nèi)感應(yīng)到機(jī)械手所經(jīng)歷的熱量。

　　該論文的第一作者艾伯特·勞特說(shuō)：“這種熱敏手套非常有用，因?yàn)橥饪漆t(yī)生現(xiàn)在可以在進(jìn)行熱消融之前和之后通過(guò)機(jī)械手來(lái)'感覺(jué)'器官的溫度，預(yù)期這種類型的人機(jī)交互將提供更精確的方法來(lái)熱消融組織?！?/p>