午夜福利麻豆国产精品,国产精品久久久久久av,老赵抱着儿媳在厨房做饭

植入式電子設備可以對人體生理信息進行動態、連續以及實時的監控，從而在醫療應用上具有廣闊的應用前景。目前，科學家們已經開發出用于連續監測生物力學信號的植入式應變傳感器。該傳感器可用于整形外科，對人體軟組織損傷后的個性化治療和康復具有至關重要的作用。但是，在將這些可植入電子設備投入臨床實踐之前，需要解決下面三個關鍵的挑戰：

1. 現有的可植入電子設備大多為二維平面結構，難以應用于通常為一維或三維復雜結構的體內大多數器官和組織；

2. 將柔軟的電子設備植入運動或搏動的器官具有挑戰性。雖然大多數平面可植入傳感器可以縫合在目標組織或器官上，以進行長期監測，但是在臨床情況下縫合柔軟的可植入傳感器的效率不高，并且可能會損壞植入的傳感器；

3. 雖然已經開發出可無線讀出的植入式電子設備，但是仍然很難將無線讀出與應變感測應用相結合。盡管電容應變傳感器可以測量電阻-電感-電容器（RLC）系統的諧振頻率的變化，但是由于拉伸電子組件中電阻的增加，在拉伸應變下很難保持高質量系數（Q）。此外，對于韌帶等活躍部位的應用，需要大約10%的高應變敏感性，這進一步帶來了挑戰。

雖然目前科學家已經開發出一維纖維傳感器來克服二維可植入傳感器的限制，但是迄今為止尚未開發出滿足臨床實踐所需的生物力學纖維傳感器。

成果介紹

為了應對上述挑戰，蘇黎世聯邦理工學院生物醫學工程研究所Janos V?r?s和韓國大邱慶北科技大學Jaehong Lee等人報告了一種可用于骨科生物醫學應用中的無線可縫合纖維應變傳感系統。纖維應變傳感器由具有雙螺旋結構的兩根可拉伸的導電纖維和一個空芯組成。制成的光纖應變傳感器表現出約12的卓越靈敏度，比現有的平面電容應變傳感器高出約4倍！值得注意的是，可以通過增加一個感應線圈來無線操作光纖傳感器，而無需任何焊接連接。此外，該纖維應變傳感器可用于無線監測離體和體內豬腿在運動過程中跟腱的生物力學應變。

與以前報道的植入式傳感技術相比，該無線光纖應變傳感系統具有許多優勢：首先，由于其一維纖維狀結構，無線光纖應變傳感器比現有的平面可植入電子設備更適用于具有復雜結構的各種組織和器官；其次，該裝置可以直接縫合到目標器官上，從而簡化了手術過程；最后，該系統不需要任何焊接，可以通過增加一個感應線圈來無線操作光纖傳感器，打破了可拉伸電子設備的應用瓶頸。

上述成果以“Stretchable and suturable fibre sensors for wireless monitoring of connective tissue strain”為題，發表在國際著名期刊Nature Electronics上。

Part 1. 電容式光纖應變傳感器的設計

基于Ag納米粒子和彈性聚氨酯纖維復合材料，作者設計了一種具有高導電性和可拉伸纖維的無線纖維應變傳感系統。無源無線光纖應變傳感系統包含一個無線RLC諧振電路（圖1a），由電容性光纖應變傳感器的電容器（C）和由通過傳輸線（R）直接連接到導電纖維的天線線圈的電感器（L）組成。其中，兩條可拉伸導電纖維呈中空雙螺旋結構，表面含有約32.2±13.2μm的聚二甲基硅氧烷（PDMS）絕緣涂層，以確保兩根纖維之間不會短路（圖1b）。所制備的光纖應變傳感器在拉伸和未拉伸狀態下均具有3 匝 cm^-1的雙螺旋結構（圖1c），中空芯的直徑為500μm。由于雙螺旋結構中的兩條導電纖維被光纖傳感器中的中空芯相互隔開，因此可以通過兩條導電纖維形成電容應變傳感器作為兩個電極，空心電極用作電容器的可變形介電層(圖1d-e)。

該無線應變傳感系統的主要優點是，僅使用一根導電纖維即可輕松制造整個系統。由于電容式光纖應變傳感器，感應線圈和傳輸線之間的傳輸線均由單根導電纖維構成，因此可以實現無線系統而無需任何焊接點，從而消除了可伸縮電子設備的常見局限性之一。此外，無線應變感應系統的設計允許通過調整系統中傳輸線的長度，線圈中的直徑和匝數以及電容部分的特性，在植入的位置和幾何形狀方面提供了出色的靈活性。

圖1. 無線光纖應變傳感系統的設計

Part 2. 電容式光纖應變傳感器的工作機制

研究發現，電容式光纖應變傳感器表現出兩種不同的拉伸應變模式：低于（模式1）和高于（模式2）臨界應變（約30%）的應變感應。

模式1：在未拉伸的光纖傳感器上施加拉伸應變時，傳感器中的兩條雙螺旋導電纖維逐漸伸直并彼此靠近，從而增加了兩條導電纖維之間的電容（圖2a(ii), 2b(ii)）。因為兩條導電纖維僅由纖維傳感器中的中空芯分開，所以雙螺旋導電纖維可以很容易地拉直，而不會受到兩條纖維之間的芯材料的任何機械限制。

模式2：隨著光纖傳感器的繼續拉伸，兩條雙螺旋導電纖維在拉伸應變臨界點處完全拉直，從而形成了兩條導電纖維的扭曲結構（圖2a(iii), 2b(iii)）；如果進一步拉伸光纖傳感器，則兩條扭曲的導電纖維會根據所施加的應變進行本征拉伸，如圖2a（iv）所示。

根據兩種不同的拉伸模式，光纖傳感器的電容響應也表現出不同的行為。在模式1中，傳感器的拉伸機制主要取決于兩個雙螺旋導電纖維的拉直程度，因此其電容響應呈現非線性行為。通過數學計算和仿真分析，光纖傳感器表現出較低敏感度的初始應變范圍（0-15%）和較高敏感度的應變范圍（15–27.5%）（圖2c）。由于在可植入應變傳感器的實際應用中，大多數器官或組織沒有被大量拉伸，因此需要在相對較小的應變范圍（約10%）上具有高靈敏度。因此，在實際應用中，作者將模式1的高敏感應變范圍（15–27.5%）認定為人們所關注的工作模式，并將感測應變范圍內的靈敏度定義為傳感器的主要靈敏度（圖2c）。結果發現，在15–27.5%的感測應變范圍內，光纖應變傳感器實現了大約12的主靈敏度，比之前報道的電容應變傳感器的高得多。

圖2. 光纖應變傳感器的工作機制

Part 3. 光纖應變傳感器的性能表征

進一步研究發現，纖維應變傳感器的性能可以通過調節傳感器中的導電纖維的雙螺旋結構調控。結果表明，隨著結構中螺旋線匝密度的提高，傳感器的主靈敏度降低，其可操作拉伸性提高（圖3b）。此外，還可以通過調節傳感器中的中空芯的初始直徑來調整光纖傳感器的可操作拉伸性（圖3d）。

由于其高靈敏度，該傳感器可以成功檢測出微小的施加應變。以3匝cm^-1的雙螺旋密度和500μm的中空直徑制造的光纖應變傳感器可抵抗低至0.1%的微小外加應變；將其用于實際的應變傳感應用中時，該傳感器測得的微小拉伸應變為0.05%，表現出的均方根噪聲約為0.000068，達到了0.001%的應變檢測下限。

同時，作者還研究了光纖應變傳感器的穩定性和耐用性。在應變為50%的單個預拉伸循環之后，連續拉伸釋放循環，光纖應變傳感器的電容響應出現可忽略的滯后現象（圖3f），這表明預拉伸的光纖傳感器具有很高的穩定性。

而且，在對傳感器施加50%的預應變后，光纖應變傳感器對5%，10%，20%和30%的各種重復拉伸應變表現出穩定且明顯可分辨的響應（圖3h）。在10%應變條件下，光纖應變傳感器經過2000次密集測試之后仍然表現出穩定的電容響應，而沒有任何明顯的下降，這證明了光纖傳感器的高耐用性（圖3i-j）。此外，即使完全浸入未稀釋的磷酸鹽緩沖鹽水（1×PBS）中，光纖傳感器的電容響應也可以在幾周內保持穩定，這表明該傳感器在生理介質中具有很高的穩定性。

圖3. 光纖應變傳感器的性能

Part 4. 無線光纖應變傳感器的生物體外和體內演示

最后，作者選擇通過監測豬腿運動過程中韌帶和肌腱組織上產生的生理應變來展示無線光纖應變傳感器的性能。通過光纖應變傳感器直接縫合到新鮮離體豬后腿的跟腱上，作者可以在豬腿彎曲和伸展過程中連續實時地監測無線系統的共振頻率。當豬腿彎曲時，跟腱和縫合在其上的纖維應變傳感器會拉伸，導致纖維傳感器的電容增加，使得系統的共振頻率降低，從而可以在運動過程中無線監控跟腱的拉伸應變。結果表明，縫合在離體豬后腿的跟腱上的無線傳感器在多個彎曲循環中表現出穩定的響應和出色的可重復性。其測得的光纖傳感器共振頻率的變化（在42.6 MHz時約為2.5 MHz）對應于約3.13%的應變變化，這完全在步行或跑步過程中跟腱的預期生理應變范圍內（約3? 5%）。此外，在體外演示過程中，纖維應變傳感器的滯后性也可以忽略不計，在實際應用中以縫合形式表現出很高的穩定性。

為了驗證光纖應變傳感系統在體內的功能是否穩定，作者進行了生物相容性測試以及光纖傳感器的體內演示。人心臟微血管內皮（HCME）的熒光圖像（圖4a）顯示，纖維傳感器具有出色的長期生物相容性。

作者進一步演示了無線光纖應變傳感系統監視小型豬跟腱產生的機械應變的能力。結果表明，在植入后3周的腿的多次變形期間，植入的無線系統表現出穩定的無線響應（圖4e），并在體內具有長期的穩定性能（圖4f）。而且，測得的光纖傳感器共振頻率的變化（在25.21 MHz處約為1.45 MHz，對應于約3.09%的應變變化）與跟腱的預期生理應變范圍相當。此外，在體內實驗的幾周內，傳感器植入部位周圍沒有嚴重的炎癥或纖維化。

圖4. 無線光纖應變傳感系統的生物相容性和體內演示

參考文獻：Lee, J., Ihle, S.J., Pellegrino, G.S. et al. Stretchable and suturable fibre sensors for wireless monitoring of connective tissue strain. Nat Electron 4, 291–301 (2021). https://doi.org/10.1038/s41928-021-00557-1

原創文章，作者：Gloria，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/11/30/3becb8f74d/

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

Nature Electronics重磅：超靈敏, 可縫合的植入式電子設備

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

Nature Electronics重磅：超靈敏, 可縫合的植入式電子設備

相關推薦