无需电池即可运行的健康监测可穿戴设备

由加州大学欧文分校的研究人员发明的一种新型自供电手表式健康监测器可以跟踪佩戴者的脉搏，并与附近的智能手机或平板电脑进行无线通信——无需外部电源或电池。

在最近发表在《纳米能源》杂志上的一篇论文中，UCI 亨利萨缪利工程学院的团队成员描述了他们的发明，该发明是通过在柔性基板上 3D 打印纳米材料构建的，用于实时和无线监测生命体征。该论文的作者表示，目前的原型可用作自供电桡动脉脉搏监测器，但可以通过简单地改变传感器电路来测量健康的其他方面，例如心率、体温或血压。

“想象一下，你在一个偏远的地方工作——任何地方，例如执行任务的沙漠、山区徒步旅行，甚至是空间站——你需要随时跟踪你的健康信息，或者发生事故，并且您需要紧急准确地监测某人的生命体征。这种自供电的无线设备可以让您做到这一点，而无需依赖可能会失去电量并存在热失控问题的电池[锂离子电池过热可能导致燃烧]，”资深合著者、UCI 电气工程、计算机科学和生物医学工程助理教授 Rahim Esfandyar-Pour 说。

该设备以两种方式提供健康信息。在一种模式下，通过轻敲腕带的纳米能量发生器产生的能量为传感器电路供电，佩戴者的脉搏率很快就会以闪烁信号的形式出现在 LED 显示屏上。当智能手机或类似设备靠近可穿戴设备时，第二种模式起作用。嵌入式近场通信技术促进了腕带和移动设备之间的电力和数据无线交换，生物物理信息被绘制并显示在智能手机的屏幕上。

通过机械撞击或压力产生电压的摩擦纳米发电机使本发明的按需和自供电特性成为可能。TENG 使用钛基 MXenes 制造，这是一种相对较新的超薄二维材料，具有独特的电气和机械性能。只有几个原子厚的 MXene 层是可弯曲的、可拉伸的，并且可以打印到柔性、类似绷带的材料或可穿戴臂带或腕带的表面上。

Esfandyar-Pour 说：“这项创新在一个包装中取得了许多重大成果。” “它可以随时随地进行连续、无电池、无线和按需的健康监测。它采用低成本和柔性材料制成，可以定制以满足各种可穿戴生物电子传感器的要求。它是一种灵活、完全可配置的系统。”

该论文的其他作者是 UCI 电气工程和计算机科学博士后学者 Prativa Das 和 Sang Won Lee;和 UCI 博士 学生钱毅、裴晓昌和秦慧婷。