来自日本东京大学和美国德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员联合开发了一种可以使用印刷工艺制造的“超薄温度计”。
研究成果发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)电子版上。
温度计非常柔软,可以像创可贴一样贴在皮肤上。
只需将其粘贴或缠绕在要测量的物体上即可监测其温度的微小波动。
该材料由半结晶丙烯酸酯聚合物复合材料和石墨合成。
它的电阻随着温度的升高而增加。
这种正相关性被称为“聚合物PTC(PositiveTemperature Coefficient:正温度系数)”。
在合成聚合物时,采用改变两种单体混合比例的方法,使响应温度可以调节到接近体具体来说,通过改变聚合物中丙烯酸硬脂酯和丙烯酸丁酯的比例,可以在25℃至50℃之间调节监测间隔,因此非常适合作为温度传感器测量体温的原始方法。
聚合物PTC的响应温度是改变分子量,所以响应温度的可控性很低,只有15μm,相当于人头发丝的1/4μm; ,并且如上所述,它可以像创可贴一样贴在生命体的表面,它具有超高的灵敏度(20mk[K是开尔文,mk是开尔文的千分之一])和响应速度(小于毫秒)。
灵敏度越高,准确度越高。
例如,低灵敏度温度计需要变化1°C才能响应,但这种材料20mk的高灵敏度意味着在25°C时,可以检测到0.02度的温度变化。
是不是很奇怪? ms以下的响应速度是指如果温度发生变化,温度传感器的阻值会在ms内发生变化。
体温计可测量温度范围为25~50℃,完美覆盖人体体温范围(34.7℃~38℃)。
研究团队还制作了一种12点×12点多点温度计,该温度计采用印刷工艺集成了有机晶体管有源矩阵。
并实时测量表面温度分布。
它可以精确测量温血动物肺部的温度稳定性,包括肺部核心温度与吸入空气温度的差异等。
研究团队将本次研发的温度传感器贴在了温血动物的表面。
老鼠的肺部并测量了伴随呼吸运动的温度变化。
结果发现,尽管外界温度(25℃)与体温(37℃)差距较大,但小鼠呼气和吸气时肺部的温差仅为0.1℃左右。
实验表明,温血动物能够准确地维持恒定的体温。
柔性体温计的设想用途是监测宝宝的体温,尽早发现身体异常;手术后可以贴在患处,监测炎症引起的发热情况;还可以用于测量运动时衣服内部的体温,开发功能性运动服等。
测试过程中,温度计连续使用了近3次。
未来,研究团队将进一步减小厚度并增加重复测量次数,目标是在三年内实现商业化。
作为亚洲排名第一的大学,东京大学在柔性材料研究方面取得了许多成果,例如太阳能臂带、带有传感器的透明塑料有机薄膜、智能尿布等。
太阳能臂带由柔性非晶硅太阳能电池板组成,压电扬声器、体温传感器和电源短路。
所有部件均由有机材料制成,可直接与皮肤接触。
该臂带可用于监测患者生命体征。
当患者体温过高时,还可发出警告。
有机薄膜的厚度仅为2μm,并且非常柔韧,可以弯曲、拉伸和折叠。
即使放置在潮湿的环境中,其性能也不会受到影响。
它可以完全粘附在人体的任何部位,佩戴者几乎感觉不到它的存在。
即使被监测物体不断移动,传感器也不会移位、脱落或损坏,能够稳定地监测体征信息。
验证实验结果表明,该传感器能够准确测量物理量(应变)和生理电信号(ECG)。
智能纸尿裤利用传感器来检测宝宝是否尿尿,然后通过无线通信将信息及时发送给监护人。
传统尿布需要监护人不断检查孩子是否尿尿或哭闹。
如果采用电子传感器,这个麻烦就可以消除。
这项技术可以将传感电路集成在薄膜上,每个售价仅为几日元。
感觉世界突然变得美好了。
上述研究是由Takao Someya教授及其团队进行的。
高尾教授一直致力于柔性、大面积等特点的有机器件的开发。
教授的目标不仅仅是粘在人体表面。
他表示,有机器件还将用于植入式设备。