成果简介
面对皮肤的可穿戴传感器可以连续监测各种生物物理和生物化学信号，用于健康监测和疾病诊断。然而，这类设备通常受到电源在机械变形和人体运动情况下输出性能不理想和不稳定的限制。此外，目前还缺乏一种简单、经济高效的制造技术，用于在设备系统中制造和集成不同的材料。本文，闽江学院Cheng Zhang、福建物质结构研究所 吴立新 研究员、宾夕法尼亚州立大学Huanyu Cheng等在《ACS Sens》期刊发表名为“Standalone Stretchable Biophysical Sensing System Based on Laser Direct Write of Patterned Porous Graphene/Co3O4 Nanocomposites”的论文，研究报告了一种完全集成的独立可拉伸生物物理传感系统，该系统结合了可穿戴生物物理传感器、三电纳米发电机（TENG）、微型超级电容器阵列（MSCAs）、电源管理电路和无线传输模块。
所有基于三维（3D）网络化石墨烯/Co3O4 纳米复合材料的设备组件和互连都是通过低成本、可扩展的直接激光写入技术制造的。自充电动力装置可以有效地将人体运动产生的能量转化为稳定、可调的电压/电流输出，从而驱动各种生物物理传感器和无线传输模块，连续实时地捕捉、处理和无线传输各种信号。新颖的材料改性、器件配置和系统集成策略为下一代独立可拉伸传感系统的设计和应用提供了一条快速、可扩展的途径，可用于健康监测和人机界面。
图文导读
图1.可拉伸自充电动力装置的设计理念和结构，可连续驱动可穿戴生物物理传感器。
图2.可拉伸 TENG 的设计和表征。
图3. 基于石墨烯/Co3O4 纳米复合材料的可拉伸 MSCAs 的设计和表征，电极配置相互交错。
图4. 基于石墨烯/Co3O4 纳米复合材料的可穿戴生物物理传感器的设计与表征
图5. 用于无创和连续健康监测的全集成独立式生物物理传感系统的人体评估
小结
总之，这项工作展示了一个完全集成的独立可穿戴生物物理传感系统，该系统结合了可穿戴 TENG、MSCAs、生物物理传感器、电源管理电路和无线传输模块，用于健康监测。所有基于图案化石墨烯/Co3O4 纳米复合材料的设备组件和互连都是通过低成本、可扩展的激光制造方法制造的。与商业现货（COTS）芯片（如微控制器和无线模块）的便捷集成进一步拓展了集成设备系统的应用机会。已演示的独立可拉伸传感系统可连续捕捉、处理和无线实时传输皮肤温度、心电图、湿度、脉搏和身体运动。所展示的设计、制造和集成可以为人机交互、智能软机器人和智能物联网提供下一代独立的可拉伸生物物理和生化监测平台。
文献：https://doi.org/10.1021/acssensors.4c00916
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