InfoMat:自驱动医疗信息传感器的最新研究进展综述

生理信号的实时监测对疾病的早期检测与治疗具有重要意义。现有临床使用的医疗信息传感仪器具有精度高,稳定性好等优点,但是此类传感器不适合对移动对象的生理信号进行监测,尤其是体内信号的长期监测。在实际使用过程中,现有医疗信息传感器电池的使用寿命体积越长,电池体积与重量一般也越大。大体积与高重量降低了传感器的便携性实际使用过程中的便携性。为了克服这一困难,人们发明了各种各样无需电池供电的自驱动医疗信息传感器。和需要电池供电的医疗信息传感器相比,自驱动医疗信息传感器可以将环境中的各种能量转换为电能,并在一定程度上取代电池。自驱动医疗信息传感器具有环保、轻便、低成本、使用寿命长等特点,在近几年受到了研究人的广泛关注并取得了一系列重要研究成果。

基于此,中科院北京纳米能源与系统研究所李舟研究员团队受邀在Wiley新期刊InfoMat上发表了题为“The recent advances in self-powered medical information sensors”的综述文章。文章总结了自驱动医疗信息传感器的工作原理、能量来源、结构设计、电学性能以及应用场景,并讨论了当前自驱动医疗信息传感器研究所面临的挑战及其未来发展趋势。

文章首先将自驱动能源收集器件按照工作原理分为四类:摩擦纳米发电机(TENG)、压电纳米发电机(PENG),热电/热释电发电机(TEG/PyNG)和太阳能电池,其次介绍了每一类自驱动能源收集器件的能量来源以及工作原理。根据不同的能量来源,自驱动能源收集器件可以直接作为自驱动医疗信息传感器,也可以作为电源驱动商用医疗信息传感器。随后文章详细综述了自驱动医疗信息传感器在检测不同种类生理信号中的应用,包括脉搏、血压、体温、呼吸节律、呼气成分、排汗成分、心血管信号及其他生理信号。最后,文章从应用场景、使用寿命、信号处理等几个方面,总结并展望了自驱动医疗信息传感器当前研究所面临的挑战以及未来的发展趋势。该综述对未来自驱动医疗信息传感器的发展具有指导意义,为其他相关领域的研究工作提供了一定的参考价值。

该工作发表在InfoMat(DOI: 10.1002/inf2.12064)上。