सटीक एपिडर्मल फिजियोलॉजिकल सिग्नल मॉनिटरिंग के लिए मशीन से बुना हुआ धोने योग्य सेंसर ऐरे टेक्सटाइल

व्यक्तिगत स्वास्थ्य प्रबंधन को साकार करने के लिए पहनने योग्य कपड़ा इलेक्ट्रॉनिक्स अत्यधिक वांछनीय हैं।हालाँकि, अधिकांश रिपोर्ट किए गए कपड़ा इलेक्ट्रॉनिक्स या तो समय-समय पर एकल शारीरिक संकेत को लक्षित कर सकते हैं या संकेतों के स्पष्ट विवरण को याद कर सकते हैं, जिससे आंशिक स्वास्थ्य मूल्यांकन हो सकता है।इसके अलावा, उत्कृष्ट संपत्ति और आराम वाले वस्त्र अभी भी एक चुनौती बने हुए हैं।यहां, हम उच्च दबाव संवेदनशीलता और आराम के साथ एक ट्राइबोइलेक्ट्रिक ऑल-टेक्सटाइल सेंसर सरणी की रिपोर्ट करते हैं।यह दबाव संवेदनशीलता (7.84 एमवी पा−1), तेज प्रतिक्रिया समय (20 एमएस), स्थिरता (>100,000 चक्र), व्यापक कार्य आवृत्ति बैंडविड्थ (20 हर्ट्ज तक), और मशीन धोने की क्षमता (>40 वॉश) प्रदर्शित करता है।धमनी नाड़ी तरंगों और श्वसन संकेतों की एक साथ निगरानी करने के लिए निर्मित TATSAs को कपड़ों के विभिन्न हिस्सों में सिला गया था।हमने हृदय रोग और स्लीप एपनिया सिंड्रोम के दीर्घकालिक और गैर-आक्रामक मूल्यांकन के लिए एक स्वास्थ्य निगरानी प्रणाली विकसित की है, जो कुछ पुरानी बीमारियों के मात्रात्मक विश्लेषण के लिए बड़ी प्रगति दर्शाती है।

व्यक्तिगत चिकित्सा में अपने आशाजनक अनुप्रयोगों के कारण पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स एक आकर्षक अवसर का प्रतिनिधित्व करते हैं।वे किसी व्यक्ति के स्वास्थ्य की स्थिति की निरंतर, वास्तविक समय और गैर-आक्रामक तरीके से निगरानी कर सकते हैं (1-11)।नाड़ी और श्वसन, महत्वपूर्ण संकेतों के दो अपरिहार्य घटकों के रूप में, शारीरिक स्थिति का सटीक मूल्यांकन और संबंधित रोगों के निदान और पूर्वानुमान में उल्लेखनीय अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं (12-21)।आज तक, सूक्ष्म शारीरिक संकेतों का पता लगाने के लिए अधिकांश पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट, पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन, पॉलीमाइड, ग्लास और सिलिकॉन (22-26) जैसे अल्ट्राथिन सब्सट्रेट्स पर आधारित हैं।त्वचा पर उपयोग के लिए इन सबस्ट्रेट्स का एक दोष उनके समतल और कठोर स्वरूप में है।परिणामस्वरूप, पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स और मानव त्वचा के बीच एक कॉम्पैक्ट संपर्क स्थापित करने के लिए टेप, बैंड-एड्स या अन्य यांत्रिक फिक्स्चर की आवश्यकता होती है, जो लंबे समय तक उपयोग के दौरान जलन और असुविधा पैदा कर सकता है (27, 28)।इसके अलावा, इन सबस्ट्रेट्स में हवा की पारगम्यता खराब होती है, जिसके परिणामस्वरूप दीर्घकालिक, निरंतर स्वास्थ्य निगरानी के लिए उपयोग किए जाने पर असुविधा होती है।स्वास्थ्य देखभाल में उपरोक्त मुद्दों को कम करने के लिए, विशेष रूप से दैनिक उपयोग में, स्मार्ट टेक्सटाइल्स एक विश्वसनीय समाधान प्रदान करते हैं।इन वस्त्रों में कोमलता, हल्के वजन और सांस लेने की विशेषताएं हैं और इस प्रकार, पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स में आराम महसूस करने की क्षमता है।हाल के वर्षों में, संवेदनशील सेंसर, ऊर्जा संचयन और भंडारण (29-39) में कपड़ा-आधारित सिस्टम विकसित करने के लिए गहन प्रयास किए गए हैं।विशेष रूप से, पल्स और श्वसन संकेतों (40-43) की निगरानी में लागू ऑप्टिकल फाइबर, पीजोइलेक्ट्रिसिटी और प्रतिरोधकता-आधारित स्मार्ट टेक्सटाइल्स पर सफल शोध की सूचना दी गई है।हालाँकि, इन स्मार्ट टेक्सटाइल्स में आम तौर पर कम संवेदनशीलता और एक एकल निगरानी पैरामीटर होता है और इन्हें बड़े पैमाने पर निर्मित नहीं किया जा सकता है (तालिका S1)।नाड़ी माप के मामले में, नाड़ी के हल्के और तेज़ उतार-चढ़ाव (उदाहरण के लिए, इसके फीचर बिंदु) के कारण विस्तृत जानकारी हासिल करना मुश्किल है, और इस प्रकार, उच्च संवेदनशीलता और उचित आवृत्ति प्रतिक्रिया प्रदर्शन की आवश्यकता होती है।

इस अध्ययन में, हम एपिडर्मल सूक्ष्म दबाव कैप्चरिंग के लिए उच्च संवेदनशीलता के साथ एक ट्राइबोइलेक्ट्रिक ऑल-टेक्सटाइल सेंसर ऐरे (टीएटीएसए) पेश करते हैं, जो एक पूर्ण कार्डिगन सिलाई में प्रवाहकीय और नायलॉन यार्न से बुना हुआ है।TATSA उच्च दबाव संवेदनशीलता (7.84 mV Pa−1), तेज़ प्रतिक्रिया समय (20 एमएस), स्थिरता (>100,000 चक्र), व्यापक कार्य आवृत्ति बैंडविड्थ (20 हर्ट्ज तक), और मशीन धोने योग्यता (>40 वॉश) प्रदान कर सकता है।यह विवेक, आराम और सौंदर्य अपील के साथ कपड़ों में खुद को आसानी से एकीकृत करने में सक्षम है।विशेष रूप से, हमारे TATSA को सीधे कपड़े के विभिन्न स्थानों में शामिल किया जा सकता है जो गर्दन, कलाई, उंगलियों और टखने की स्थिति में नाड़ी तरंगों और पेट और छाती में श्वसन तरंगों के अनुरूप होता है।वास्तविक समय और दूरस्थ स्वास्थ्य निगरानी में TATSA के उत्कृष्ट प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए, हम हृदय रोग (सीएडी) के विश्लेषण और स्लीप एपनिया सिंड्रोम (एसएएस) के मूल्यांकन के लिए शारीरिक संकेतों को लगातार प्राप्त करने और सहेजने के लिए एक व्यक्तिगत बुद्धिमान स्वास्थ्य निगरानी प्रणाली विकसित करते हैं। ).

जैसा कि चित्र 1ए में दिखाया गया है, दो TATSAs को क्रमशः नाड़ी और श्वसन संकेतों की गतिशील और एक साथ निगरानी को सक्षम करने के लिए शर्ट के कफ और छाती में सिला गया था।स्वास्थ्य स्थिति के आगे के विश्लेषण के लिए इन शारीरिक संकेतों को वायरलेस तरीके से इंटेलिजेंट मोबाइल टर्मिनल एप्लिकेशन (एपीपी) पर प्रसारित किया गया था।चित्र 1बी TATSA को कपड़े के एक टुकड़े में सिला हुआ दिखाता है, और इनसेट TATSA का विस्तृत दृश्य दिखाता है, जिसे एक पूर्ण कार्डिगन सिलाई में विशेषता प्रवाहकीय यार्न और वाणिज्यिक नायलॉन यार्न का एक साथ उपयोग करके बुना गया था।बुनियादी सादे सिलाई की तुलना में, सबसे आम और बुनियादी बुनाई विधि, पूर्ण कार्डिगन सिलाई को चुना गया क्योंकि प्रवाहकीय यार्न के लूप हेड और नायलॉन यार्न के आसन्न टक सिलाई हेड (चित्र। एस 1) के बीच का संपर्क एक सतह है एक बिंदु संपर्क के बजाय, उच्च ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव के लिए एक बड़े अभिनय क्षेत्र की ओर ले जाता है।प्रवाहकीय यार्न तैयार करने के लिए, हमने निश्चित कोर फाइबर के रूप में स्टेनलेस स्टील का चयन किया, और एक-प्लाई टेरिलीन यार्न के कई टुकड़ों को कोर फाइबर के चारों ओर 0.2 मिमी (चित्र। एस 2) के व्यास के साथ एक प्रवाहकीय यार्न में घुमाया गया, जो काम करता था। विद्युतीकरण सतह और संचालन इलेक्ट्रोड दोनों।नायलॉन यार्न, जिसका व्यास 0.15 मिमी था और एक अन्य विद्युतीकरण सतह के रूप में कार्य करता था, में एक मजबूत तन्य बल था क्योंकि इसे अतुलनीय यार्न (चित्र एस 3) द्वारा मोड़ दिया गया था।चित्र 1 (क्रमशः सी और डी) निर्मित प्रवाहकीय यार्न और नायलॉन यार्न की तस्वीरें दिखाता है।इनसेट उनकी संबंधित स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) छवियां दिखाते हैं, जो प्रवाहकीय यार्न और नायलॉन यार्न की सतह का एक विशिष्ट क्रॉस सेक्शन प्रस्तुत करते हैं।प्रवाहकीय और नायलॉन यार्न की उच्च तन्यता ताकत ने सभी सेंसरों के एक समान प्रदर्शन को बनाए रखने के लिए एक औद्योगिक मशीन पर उनकी बुनाई क्षमता सुनिश्चित की।जैसा कि चित्र 1ई में दिखाया गया है, प्रवाहकीय धागे, नायलॉन धागे और साधारण धागे को उनके संबंधित शंकुओं पर लपेटा गया था, जिन्हें फिर स्वचालित बुनाई के लिए औद्योगिक कम्प्यूटरीकृत फ्लैट बुनाई मशीन पर लोड किया गया था (मूवी एस1)।जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।S4, कई TATSAs को औद्योगिक मशीन का उपयोग करके साधारण कपड़े से एक साथ बुना गया था।0.85 मिमी की मोटाई और 0.28 ग्राम वजन के साथ एक एकल TATSA को व्यक्तिगत उपयोग के लिए पूरी संरचना से तैयार किया जा सकता है, जो अन्य कपड़ों के साथ इसकी उत्कृष्ट अनुकूलता प्रदर्शित करता है।इसके अलावा, TATSAs को वाणिज्यिक नायलॉन यार्न (छवि 1F और छवि S5) की विविधता के कारण सौंदर्य और फैशनेबल आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विभिन्न रंगों में डिज़ाइन किया जा सकता है।निर्मित TATSAs में उत्कृष्ट कोमलता और कठोर झुकने या विरूपण का सामना करने की क्षमता होती है (चित्र S6)।चित्र 1G में TATSA को सीधे स्वेटर के पेट और कफ में सिला हुआ दिखाया गया है।स्वेटर बुनने की प्रक्रिया चित्र में दिखाई गई है।S7 और मूवी S2.पेट की स्थिति में फैले हुए TATSA के आगे और पीछे के विवरण चित्र में दिखाए गए हैं।S8 (क्रमशः ए और बी), और प्रवाहकीय यार्न और नायलॉन यार्न की स्थिति को अंजीर में दिखाया गया है।एस8सी.यहां यह देखा जा सकता है कि TATSA को एक विवेकशील और स्मार्ट उपस्थिति के लिए साधारण कपड़ों में सहजता से एम्बेड किया जा सकता है।

(ए) वास्तविक समय में नाड़ी और श्वसन संकेतों की निगरानी के लिए दो TATSAs को एक शर्ट में एकीकृत किया गया।(बी) TATSA और कपड़ों के संयोजन का योजनाबद्ध चित्रण।इनसेट सेंसर का बड़ा दृश्य दिखाता है।(सी) प्रवाहकीय यार्न की तस्वीर (स्केल बार, 4 सेमी)।इनसेट प्रवाहकीय यार्न (स्केल बार, 100 माइक्रोन) के क्रॉस सेक्शन की एसईएम छवि है, जिसमें स्टेनलेस स्टील और टेरिलीन यार्न शामिल हैं।(डी) नायलॉन यार्न की तस्वीर (स्केल बार, 4 सेमी)।इनसेट नायलॉन यार्न सतह (स्केल बार, 100 माइक्रोन) की SEM छवि है।(ई) TATSAs की स्वचालित बुनाई करने वाली कम्प्यूटरीकृत फ्लैट बुनाई मशीन की छवि।(एफ) विभिन्न रंगों में टीएटीएसए की तस्वीर (स्केल बार, 2 सेमी)।इनसेट मुड़ा हुआ TATSA है, जो इसकी उत्कृष्ट कोमलता को प्रदर्शित करता है।(जी) एक स्वेटर में पूरी तरह से और निर्बाध रूप से सिले हुए दो TATSAs की तस्वीर।फोटो क्रेडिट: वेन्जिंग फैन, चोंगकिंग यूनिवर्सिटी।

TATSA के यांत्रिक और विद्युत गुणों सहित, इसके कार्य तंत्र का विश्लेषण करने के लिए, हमने TATSA का एक ज्यामितीय बुनाई मॉडल बनाया, जैसा कि चित्र 2A में दिखाया गया है।पूर्ण कार्डिगन सिलाई का उपयोग करके, प्रवाहकीय और नायलॉन यार्न को पाठ्यक्रम और वेले दिशा में लूप इकाइयों के रूप में इंटरलॉक किया जाता है।एक एकल लूप संरचना (चित्र S1) में एक लूप हेड, लूप आर्म, रिब-क्रॉसिंग भाग, टक स्टिच आर्म और टक स्टिच हेड होता है।दो अलग-अलग धागों के बीच संपर्क सतह के दो रूप पाए जा सकते हैं: (i) प्रवाहकीय यार्न के लूप हेड और नायलॉन यार्न के टक स्टिच हेड के बीच संपर्क सतह और (ii) लूप हेड के बीच संपर्क सतह नायलॉन सूत और प्रवाहकीय सूत का टक सिलाई सिर।

(ए) बुना हुआ लूप के सामने, दाएं और शीर्ष किनारों के साथ TATSA।(बी) COMSOL सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके 2 kPa के लागू दबाव के तहत TATSA के बल वितरण का सिमुलेशन परिणाम।(सी) शॉर्ट-सर्किट स्थितियों के तहत संपर्क इकाई के चार्ज हस्तांतरण का योजनाबद्ध चित्रण।(डी) COMSOL सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके एक खुली सर्किट स्थिति के तहत संपर्क इकाई के चार्ज वितरण के सिमुलेशन परिणाम।

TATSA के कार्य सिद्धांत को दो पहलुओं में समझाया जा सकता है: बाहरी बल उत्तेजना और इसका प्रेरित चार्ज।बाहरी बल उत्तेजना के जवाब में तनाव वितरण को सहजता से समझने के लिए, हमने 2 और 0.2 केपीए के विभिन्न बाहरी बलों पर COMSOL सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके परिमित तत्व विश्लेषण का उपयोग किया, जैसा कि क्रमशः चित्र 2 बी और अंजीर में दिखाया गया है।एस9.तनाव दो धागों की संपर्क सतहों पर दिखाई देता है।जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।S10, हमने तनाव वितरण को स्पष्ट करने के लिए दो लूप इकाइयों पर विचार किया।दो अलग-अलग बाहरी ताकतों के तहत तनाव वितरण की तुलना करने पर, प्रवाहकीय और नायलॉन यार्न की सतहों पर तनाव बाहरी बल में वृद्धि के साथ बढ़ता है, जिसके परिणामस्वरूप दो यार्न के बीच संपर्क और बाहर निकालना होता है।एक बार जब बाहरी बल निकल जाता है, तो दोनों धागे अलग हो जाते हैं और एक दूसरे से दूर चले जाते हैं।

प्रवाहकीय यार्न और नायलॉन यार्न के बीच संपर्क-पृथक्करण आंदोलन चार्ज स्थानांतरण को प्रेरित करता है, जिसे ट्राइबोइलेक्ट्रिफिकेशन और इलेक्ट्रोस्टैटिक इंडक्शन के संयोजन के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है।बिजली पैदा करने की प्रक्रिया को स्पष्ट करने के लिए, हम उस क्षेत्र के क्रॉस सेक्शन का विश्लेषण करते हैं जहां दो धागे एक दूसरे से संपर्क करते हैं (चित्र 2C1)।जैसा कि चित्र 2 (क्रमशः C2 और C3) में दिखाया गया है, जब TATSA बाहरी बल द्वारा उत्तेजित होता है और दो धागे एक दूसरे के साथ संपर्क करते हैं, तो प्रवाहकीय और नायलॉन यार्न की सतह पर विद्युतीकरण होता है, और विपरीत के साथ समतुल्य चार्ज होता है दो धागों की सतह पर ध्रुवताएँ उत्पन्न होती हैं।एक बार जब दो धागे अलग हो जाते हैं, तो इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण प्रभाव के कारण आंतरिक स्टेनलेस स्टील में सकारात्मक चार्ज प्रेरित हो जाते हैं।पूरा योजनाबद्ध चित्र में दिखाया गया है।एस11.बिजली पैदा करने की प्रक्रिया की अधिक मात्रात्मक समझ हासिल करने के लिए, हमने COMSOL सॉफ़्टवेयर (चित्र 2D) का उपयोग करके TATSA के संभावित वितरण का अनुकरण किया।जब दो सामग्री संपर्क में होती हैं, तो चार्ज मुख्य रूप से घर्षण सामग्री पर एकत्रित होता है, और इलेक्ट्रोड पर केवल थोड़ी मात्रा में प्रेरित चार्ज मौजूद होता है, जिसके परिणामस्वरूप छोटी क्षमता होती है (छवि 2 डी, नीचे)।जब दो सामग्रियों को अलग किया जाता है (छवि 2 डी, शीर्ष), तो संभावित अंतर के कारण इलेक्ट्रोड पर प्रेरित चार्ज बढ़ जाता है, और संबंधित क्षमता बढ़ जाती है, जो प्रयोगों से प्राप्त परिणामों और सिमुलेशन से प्राप्त परिणामों के बीच एक अच्छा तालमेल दिखाता है। .इसके अलावा, चूंकि TATSA का संचालन इलेक्ट्रोड टेरीलीन यार्न में लपेटा जाता है और त्वचा दोनों घर्षण सामग्रियों के संपर्क में होती है, इसलिए, जब TATSA को सीधे त्वचा पर पहना जाता है, तो चार्ज बाहरी बल पर निर्भर होता है और नहीं होगा त्वचा से कमजोर होना।

विभिन्न पहलुओं में हमारे TATSA के प्रदर्शन को चिह्नित करने के लिए, हमने एक फ़ंक्शन जनरेटर, पावर एम्पलीफायर, इलेक्ट्रोडायनामिक शेकर, बल गेज, इलेक्ट्रोमीटर और कंप्यूटर (चित्र S12) युक्त एक माप प्रणाली प्रदान की।यह प्रणाली 7 kPa तक का बाहरी गतिशील दबाव उत्पन्न करती है।प्रयोग में, TATSA को एक सपाट प्लास्टिक शीट पर मुक्त अवस्था में रखा गया था, और आउटपुट विद्युत संकेतों को इलेक्ट्रोमीटर द्वारा रिकॉर्ड किया गया था।

प्रवाहकीय और नायलॉन यार्न के विनिर्देश TATSA के आउटपुट प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं क्योंकि वे बाहरी दबाव को समझने के लिए संपर्क सतह और क्षमता निर्धारित करते हैं।इसकी जांच करने के लिए, हमने क्रमशः दो यार्न के तीन आकार बनाए: 150D/3, 210D/3, और 250D/3 के आकार के साथ प्रवाहकीय यार्न और 150D/6, 210D/6, और 250D के आकार के साथ नायलॉन यार्न। /6 (डी, डेनियर; माप की एक इकाई जिसका उपयोग अलग-अलग धागों की फाइबर मोटाई निर्धारित करने के लिए किया जाता है; उच्च डेनियर गिनती वाले कपड़े मोटे होते हैं)।फिर, हमने अलग-अलग आकार के इन दो धागों को एक सेंसर में बुनने के लिए चुना, और TATSA का आयाम 3 सेमी x 3 सेमी रखा गया, जिसमें वेले दिशा में लूप संख्या 16 और पाठ्यक्रम दिशा में 10 थी।इस प्रकार, नौ बुनाई पैटर्न वाले सेंसर प्राप्त किए गए।150D/3 आकार के प्रवाहकीय धागे और 150D/6 आकार वाले नायलॉन धागे वाला सेंसर सबसे पतला था, और 250D/3 आकार वाले प्रवाहकीय धागे और 250D/6 आकार वाले नायलॉन धागे वाला सेंसर सबसे पतला था। 6 सबसे मोटा था.0.1 से 7 केपीए के यांत्रिक उत्तेजना के तहत, इन पैटर्न के लिए विद्युत आउटपुट की व्यवस्थित रूप से जांच और परीक्षण किया गया, जैसा कि चित्र 3 ए में दिखाया गया है।नौ TATSAs का आउटपुट वोल्टेज बढ़े हुए दबाव के साथ 0.1 से 4 kPa तक बढ़ गया।विशेष रूप से, सभी बुनाई पैटर्न में, 210D/3 प्रवाहकीय यार्न और 210D/6 नायलॉन यार्न के विनिर्देशन ने उच्चतम विद्युत उत्पादन प्रदान किया और उच्चतम संवेदनशीलता प्रदर्शित की।जब तक TATSA को 210D/3 प्रवाहकीय यार्न और 210D/6 नायलॉन यार्न का उपयोग करके बुना नहीं गया, तब तक TATSA की मोटाई (पर्याप्त संपर्क सतह के कारण) में वृद्धि के साथ आउटपुट वोल्टेज में वृद्धि की प्रवृत्ति देखी गई।जैसे-जैसे मोटाई में और वृद्धि होती है, यार्न द्वारा बाहरी दबाव का अवशोषण होता है, आउटपुट वोल्टेज तदनुसार कम हो जाता है।इसके अलावा, यह ध्यान दिया गया है कि कम दबाव वाले क्षेत्र (<4 kPa) में, दबाव के साथ आउटपुट वोल्टेज में एक अच्छी तरह से व्यवहारित रैखिक भिन्नता ने 7.84 mV Pa−1 की बेहतर दबाव संवेदनशीलता दी।उच्च दबाव वाले क्षेत्र (>4 केपीए) में, प्रभावी घर्षण क्षेत्र की संतृप्ति के कारण प्रयोगात्मक रूप से 0.31 एमवी पीए−1 की कम दबाव संवेदनशीलता देखी गई।बल लगाने की विपरीत प्रक्रिया के दौरान एक समान दबाव संवेदनशीलता का प्रदर्शन किया गया था।विभिन्न दबावों के तहत आउटपुट वोल्टेज और करंट के ठोस समय प्रोफाइल अंजीर में प्रस्तुत किए गए हैं।S13 (क्रमशः ए और बी)।

(ए) नायलॉन यार्न (150डी/6, 210डी/6, और 250डी/6) के साथ संयुक्त प्रवाहकीय यार्न (150डी/3, 210डी/3, और 250डी/3) के नौ बुनाई पैटर्न के तहत आउटपुट वोल्टेज।(बी) लूप संख्या को वेले दिशा में अपरिवर्तित रखते हुए एक ही फैब्रिक क्षेत्र में लूप इकाइयों की विभिन्न संख्याओं पर वोल्टेज प्रतिक्रिया।(सी) 1 केपीए के गतिशील दबाव और 1 हर्ट्ज के दबाव इनपुट आवृत्ति के तहत आवृत्ति प्रतिक्रिया दिखाने वाले प्लॉट।(डी) 1, 5, 10 और 20 हर्ट्ज की आवृत्तियों के तहत विभिन्न आउटपुट और वर्तमान वोल्टेज।(ई) 1 केपीए के दबाव में TATSA का स्थायित्व परीक्षण।(एफ) 20 और 40 बार धोने के बाद TATSA की आउटपुट विशेषताएँ।

संवेदनशीलता और आउटपुट वोल्टेज भी TATSA के सिलाई घनत्व से प्रभावित थे, जो कपड़े के मापा क्षेत्र में लूप की कुल संख्या द्वारा निर्धारित किया गया था।सिलाई घनत्व में वृद्धि से कपड़े की संरचना में अधिक सघनता आएगी।चित्र 3बी 3 सेमी गुणा 3 सेमी के कपड़ा क्षेत्र में विभिन्न लूप संख्याओं के तहत आउटपुट प्रदर्शन दिखाता है, और इनसेट एक लूप इकाई की संरचना को दर्शाता है (हमने पाठ्यक्रम दिशा में लूप संख्या 10 पर रखी है, और लूप संख्या में) वेले दिशा 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, और 26) थी।लूप संख्या में वृद्धि करके, आउटपुट वोल्टेज ने सबसे पहले बढ़ती संपर्क सतह के कारण बढ़ती प्रवृत्ति प्रदर्शित की, जब तक कि 180 की लूप संख्या के साथ 7.5 वी का अधिकतम आउटपुट वोल्टेज शिखर नहीं हो गया। इस बिंदु के बाद, आउटपुट वोल्टेज ने घटती प्रवृत्ति का पालन किया क्योंकि TATSA तंग हो गया, और दोनों धागों में संपर्क-पृथक्करण स्थान कम हो गया।यह पता लगाने के लिए कि किस दिशा में घनत्व का आउटपुट पर बहुत अधिक प्रभाव पड़ता है, हमने TATSA की लूप संख्या को वेले दिशा में 18 पर रखा, और कोर्स दिशा में लूप संख्या 7, 8, 9, 10 पर सेट की गई। 11, 12, 13, और 14. संबंधित आउटपुट वोल्टेज अंजीर में दिखाए गए हैं।एस14.तुलना करके, हम देख सकते हैं कि पाठ्यक्रम दिशा में घनत्व का आउटपुट वोल्टेज पर अधिक प्रभाव पड़ता है।परिणामस्वरूप, आउटपुट विशेषताओं के व्यापक मूल्यांकन के बाद 210D/3 प्रवाहकीय यार्न और 210D/6 नायलॉन यार्न और 180 लूप इकाइयों के बुनाई पैटर्न को TATSA बुनाई के लिए चुना गया था।इसके अलावा, हमने पूर्ण कार्डिगन सिलाई और सादे सिलाई का उपयोग करके दो कपड़ा सेंसर के आउटपुट सिग्नल की तुलना की।जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।S15, पूर्ण कार्डिगन सिलाई का उपयोग करने वाला विद्युत आउटपुट और संवेदनशीलता सादे सिलाई का उपयोग करने की तुलना में बहुत अधिक है।

वास्तविक समय संकेतों की निगरानी के लिए प्रतिक्रिया समय मापा गया।बाहरी ताकतों के प्रति हमारे सेंसर के प्रतिक्रिया समय की जांच करने के लिए, हमने 1 से 20 हर्ट्ज की आवृत्ति पर गतिशील दबाव इनपुट के साथ आउटपुट वोल्टेज सिग्नल की तुलना की (क्रमशः छवि 3 सी और छवि एस 16)।आउटपुट वोल्टेज तरंगरूप 1 kPa के दबाव में इनपुट साइनसॉइडल दबाव तरंगों के लगभग समान थे, और आउटपुट तरंगरूप में तेज़ प्रतिक्रिया समय (लगभग 20 एमएस) था।इस हिस्टैरिसीस को बाहरी बल प्राप्त करने के बाद जितनी जल्दी हो सके मूल स्थिति में वापस नहीं आने वाली लोचदार संरचना के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।फिर भी, यह छोटी हिस्टैरिसीस वास्तविक समय की निगरानी के लिए स्वीकार्य है।एक निश्चित आवृत्ति रेंज के साथ गतिशील दबाव प्राप्त करने के लिए, TATSA की एक उपयुक्त आवृत्ति प्रतिक्रिया अपेक्षित है।इस प्रकार, TATSA की आवृत्ति विशेषता का भी परीक्षण किया गया।बाहरी रोमांचक आवृत्ति को बढ़ाने से, आउटपुट वोल्टेज का आयाम लगभग अपरिवर्तित रहा, जबकि टैपिंग आवृत्तियों 1 से 20 हर्ट्ज (छवि 3 डी) से भिन्न होने पर वर्तमान का आयाम बढ़ गया।

TATSA की पुनरावृत्ति, स्थिरता और स्थायित्व का मूल्यांकन करने के लिए, हमने दबाव लोडिंग-अनलोडिंग चक्रों के लिए आउटपुट वोल्टेज और वर्तमान प्रतिक्रियाओं का परीक्षण किया।सेंसर पर 5 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ 1 केपीए का दबाव लगाया गया था।पीक-टू-पीक वोल्टेज और करंट 100,000 लोडिंग-अनलोडिंग चक्रों (क्रमशः चित्र 3ई और चित्र एस17) के बाद दर्ज किए गए थे।वोल्टेज और वर्तमान तरंग के बढ़े हुए दृश्य चित्र 3ई और अंजीर के इनसेट में दिखाए गए हैं।क्रमशः S17.परिणाम TATSA की उल्लेखनीय पुनरावृत्ति, स्थिरता और स्थायित्व को प्रकट करते हैं।संपूर्ण-वस्त्र उपकरण के रूप में धोने की क्षमता भी TATSA का एक आवश्यक मूल्यांकन मानदंड है।धोने की क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए, हमने अमेरिकन एसोसिएशन ऑफ टेक्सटाइल केमिस्ट्स एंड कलरिस्ट्स (एएटीसीसी) टेस्ट मेथड 135-2017 के अनुसार TATSA को मशीन से धोने के बाद सेंसर के आउटपुट वोल्टेज का परीक्षण किया।विस्तृत धुलाई प्रक्रिया सामग्री और विधियों में वर्णित है।जैसा कि चित्र 3F में दिखाया गया है, विद्युत आउटपुट को 20 बार और 40 बार धोने के बाद रिकॉर्ड किया गया था, जिससे पता चला कि पूरे धुलाई परीक्षण के दौरान आउटपुट वोल्टेज में कोई अलग बदलाव नहीं हुआ था।ये परिणाम TATSA की उल्लेखनीय धुलाई क्षमता को सत्यापित करते हैं।पहनने योग्य टेक्सटाइल सेंसर के रूप में, हमने आउटपुट प्रदर्शन का भी पता लगाया जब TATSA तन्यता (छवि S18), मुड़ (छवि S19), और विभिन्न आर्द्रता (छवि S20) स्थितियों में था।

ऊपर दिखाए गए TATSA के कई फायदों के आधार पर, हमने एक वायरलेस मोबाइल स्वास्थ्य निगरानी प्रणाली (WMHMS) विकसित की है, जिसमें लगातार शारीरिक संकेतों को प्राप्त करने और फिर एक मरीज को पेशेवर सलाह देने की क्षमता है।चित्र 4ए TATSA पर आधारित WMHMS का योजना आरेख दिखाता है।सिस्टम में चार घटक हैं: एनालॉग फिजियोलॉजिकल सिग्नल प्राप्त करने के लिए TATSA, कम-पास फिल्टर (MAX7427) के साथ एक एनालॉग कंडीशनिंग सर्किट और सिग्नल के पर्याप्त विवरण और उत्कृष्ट सिंक्रनाइज़ेशन सुनिश्चित करने के लिए एक एम्पलीफायर (MAX4465), एक एनालॉग-टू-डिजिटल एनालॉग सिग्नल को इकट्ठा करने और डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करने के लिए एक माइक्रोकंट्रोलर यूनिट पर आधारित कनवर्टर, और डिजिटल सिग्नल को मोबाइल फोन टर्मिनल एप्लिकेशन (एपीपी; हुआवेई ऑनर 9) तक प्रसारित करने के लिए एक ब्लूटूथ मॉड्यूल (CC2640 लो-पावर ब्लूटूथ चिप)।इस अध्ययन में, हमने TATSA को एक फीते, रिस्टबैंड, फिंगरस्टॉल और जुर्राब में सहजता से सिल दिया, जैसा कि चित्र 4B में दिखाया गया है।

(ए) डब्लूएमएचएमएस का चित्रण।(बी) TATSAs की तस्वीरें क्रमशः एक कलाईबैंड, फिंगरस्टॉल, जुर्राब और छाती के पट्टा में सिले हुए हैं।(C1) गर्दन, (D1) कलाई, (E1) उंगलियों, और (F1) टखने पर नाड़ी का माप।(C2) गर्दन, (D2) कलाई, (E2) उंगलियों, और (F2) टखने पर पल्स तरंग रूप।(जी) विभिन्न उम्र के पल्स तरंग रूप।(एच) एकल पल्स तरंग का विश्लेषण।रेडियल ऑग्मेंटेशन इंडेक्स (AIx) को AIx (%) = P2/P1 के रूप में परिभाषित किया गया है।P1 आगे बढ़ती तरंग का शिखर है, और P2 परावर्तित तरंग का शिखर है।(I) बाहु और टखने का नाड़ी चक्र।पल्स तरंग वेग (PWV) को PWV = D/∆T के रूप में परिभाषित किया गया है।डी टखने और बाहु के बीच की दूरी है।∆T टखने और बाहु नाड़ी तरंगों की चोटियों के बीच का समय विलंब है।पीटीटी, पल्स पारगमन समय।(जे) स्वस्थ और सीएडी के बीच एआईएक्स और ब्रेकियल-एंकल पीडब्लूवी (बीएपीडब्ल्यूवी) की तुलना।*पी <0.01, **पी <0.001, और ***पी <0.05।एचटीएन, उच्च रक्तचाप;सीएचडी, कोरोनरी हृदय रोग;डीएम, मधुमेह मेलिटस।फोटो क्रेडिट: जिन यांग, चोंगकिंग विश्वविद्यालय।

मानव शरीर के विभिन्न अंगों के पल्स संकेतों की निगरानी करने के लिए, हमने उपरोक्त सजावट को TATSAs के साथ संबंधित स्थानों पर जोड़ा: गर्दन (चित्र 4C1), कलाई (चित्र 4D1), उंगलियों की नोक (चित्र 4E1), और टखना (चित्र 4F1) ), जैसा कि मूवी S3 से S6 में विस्तार से बताया गया है।चिकित्सा में, पल्स तरंग में तीन महत्वपूर्ण विशेषता बिंदु होते हैं: आगे बढ़ने वाली तरंग P1 का शिखर, परावर्तित तरंग P2 का शिखर, और डाइक्रोटिक तरंग P3 का शिखर।इन फीचर बिंदुओं की विशेषताएं हृदय प्रणाली से संबंधित धमनी लोच, परिधीय प्रतिरोध और बाएं वेंट्रिकुलर सिकुड़न की स्वास्थ्य स्थिति को दर्शाती हैं।उपरोक्त चार स्थानों पर एक 25 वर्षीय महिला की नाड़ी तरंगों को हमारे परीक्षण में प्राप्त और दर्ज किया गया था।ध्यान दें कि तीन अलग-अलग विशेषता बिंदु (पी1 से पी3) गर्दन, कलाई और उंगलियों की स्थिति में पल्स तरंग रूप पर देखे गए थे, जैसा कि चित्र 4 (सी2 से ई2) में दिखाया गया है।इसके विपरीत, टखने की स्थिति में पल्स तरंग रूप पर केवल P1 और P3 दिखाई दिए, और P2 मौजूद नहीं था (चित्र 4F2)।यह परिणाम बाएं वेंट्रिकल से निकलने वाली आने वाली रक्त तरंग और निचले अंगों से परावर्तित तरंग के सुपरपोजिशन के कारण हुआ (44)।पहले के अध्ययनों से पता चला है कि पी2 ऊपरी छोरों में मापी गई तरंगों में मौजूद है, लेकिन टखने में नहीं (45, 46)।जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, हमने TATSA से मापी गई तरंगों में समान परिणाम देखे।S21, जो यहां अध्ययन किए गए 80 रोगियों की आबादी का विशिष्ट डेटा दिखाता है।हम देख सकते हैं कि टखने में मापी गई इन पल्स तरंगों में पी2 दिखाई नहीं दिया, जो तरंगों के भीतर सूक्ष्म विशेषताओं का पता लगाने के लिए TATSA की क्षमता को प्रदर्शित करता है।ये पल्स माप परिणाम दर्शाते हैं कि हमारा WMHMS ऊपरी और निचले शरीर की पल्स तरंग विशेषताओं को सटीक रूप से प्रकट कर सकता है और यह अन्य कार्यों (41, 47) से बेहतर है।यह इंगित करने के लिए कि हमारे TATSA को अलग-अलग उम्र में व्यापक रूप से लागू किया जा सकता है, हमने अलग-अलग उम्र में 80 विषयों की पल्स तरंगों को मापा, और हमने कुछ विशिष्ट डेटा दिखाया, जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है।S22.जैसा कि चित्र 4जी में दिखाया गया है, हमने 25, 45 और 65 वर्ष की आयु के तीन प्रतिभागियों को चुना, और तीन फीचर बिंदु युवा और मध्यम आयु वर्ग के प्रतिभागियों के लिए स्पष्ट थे।चिकित्सा साहित्य (48) के अनुसार, अधिकांश लोगों की नाड़ी तरंगों की विशेषताएं उम्र बढ़ने के साथ बदलती हैं, जैसे कि बिंदु पी2 का गायब होना, जो कि परावर्तित तरंग के कम होने के माध्यम से आगे बढ़ने वाली तरंग पर खुद को आरोपित करने के कारण होता है। संवहनी लोच.यह घटना हमारे द्वारा एकत्र किए गए तरंग रूपों में भी परिलक्षित होती है, जिससे यह पुष्टि होती है कि TATSA को विभिन्न आबादी पर लागू किया जा सकता है।

पल्स तरंग न केवल व्यक्ति की शारीरिक स्थिति से बल्कि परीक्षण स्थितियों से भी प्रभावित होती है।इसलिए, हमने TATSA और त्वचा (चित्र S23) और माप स्थल पर विभिन्न पता लगाने वाली स्थितियों (चित्र S24) के बीच विभिन्न संपर्क जकड़न के तहत पल्स संकेतों को मापा।यह पाया जा सकता है कि TATSA माप स्थल पर एक बड़े प्रभावी पता लगाने वाले क्षेत्र में पोत के चारों ओर विस्तृत जानकारी के साथ सुसंगत पल्स तरंग रूप प्राप्त कर सकता है।इसके अलावा, TATSA और त्वचा के बीच अलग-अलग संपर्क जकड़न के तहत अलग-अलग आउटपुट सिग्नल होते हैं।इसके अलावा, सेंसर पहनने वाले व्यक्तियों की गति नाड़ी संकेतों को प्रभावित करेगी।जब विषय की कलाई स्थिर स्थिति में होती है, तो प्राप्त पल्स तरंग का आयाम स्थिर होता है (चित्र। S25A);इसके विपरीत, जब कलाई 30 सेकेंड के दौरान धीरे-धीरे -70° से 70° के कोण पर घूम रही होती है, तो पल्स तरंग के आयाम में उतार-चढ़ाव होगा (चित्र S25B)।हालाँकि, प्रत्येक पल्स तरंग का समोच्च दृश्यमान है, और पल्स दर अभी भी सटीक रूप से प्राप्त की जा सकती है।जाहिर है, मानव गति में स्थिर पल्स तरंग अधिग्रहण को प्राप्त करने के लिए, सेंसर डिजाइन और बैक-एंड सिग्नल प्रोसेसिंग सहित आगे के काम पर शोध करने की आवश्यकता है।

इसके अलावा, हमारे TATSA का उपयोग करके अधिग्रहीत पल्स तरंगों के माध्यम से कार्डियोवास्कुलर सिस्टम की स्थिति का विश्लेषण और मात्रात्मक मूल्यांकन करने के लिए, हमने कार्डियोवास्कुलर सिस्टम के मूल्यांकन विनिर्देश के अनुसार दो हेमोडायनामिक पैरामीटर पेश किए, अर्थात्, वृद्धि सूचकांक (एआईएक्स) और पल्स वेव वेलोसिटी (पीडब्लूवी), जो धमनियों की लोच का प्रतिनिधित्व करता है।जैसा कि चित्र 4H में दिखाया गया है, 25 वर्षीय स्वस्थ व्यक्ति की कलाई की स्थिति में पल्स तरंग का उपयोग AIx के विश्लेषण के लिए किया गया था।सूत्र (अनुभाग S1) के अनुसार, AIx = 60% प्राप्त हुआ, जो एक सामान्य मान है।फिर, हमने एक साथ इस प्रतिभागी की बांह और टखने की स्थिति में दो पल्स तरंगों को एकत्र किया (पल्स तरंग को मापने की विस्तृत विधि सामग्री और विधियों में वर्णित है)।जैसा कि चित्र 4I में दिखाया गया है, दोनों पल्स तरंगों के फीचर बिंदु अलग-अलग थे।फिर हमने सूत्र (अनुभाग S1) के अनुसार PWV की गणना की।पीडब्लूवी = 1363 सेमी/सेकेंड, जो एक स्वस्थ वयस्क पुरुष से अपेक्षित एक विशिष्ट मूल्य है, प्राप्त किया गया था।दूसरी ओर, हम देख सकते हैं कि एआईएक्स या पीडब्लूवी के मेट्रिक्स पल्स तरंग के आयाम अंतर से प्रभावित नहीं होते हैं, और शरीर के विभिन्न हिस्सों में एआईएक्स के मान भिन्न होते हैं।हमारे अध्ययन में, रेडियल एआईएक्स का उपयोग किया गया था।विभिन्न लोगों में डब्लूएमएचएमएस की प्रयोज्यता को सत्यापित करने के लिए, हमने स्वस्थ समूह में 20 प्रतिभागियों, उच्च रक्तचाप (एचटीएन) समूह में 20, कोरोनरी हृदय रोग (सीएचडी) समूह में 50 से 59 वर्ष की आयु के 20 और 20 प्रतिभागियों का चयन किया। मधुमेह मेलेटस (डीएम) समूह।हमने उनकी पल्स तरंगों को मापा और उनके दो मापदंडों, एआईएक्स और पीडब्लूवी की तुलना की, जैसा कि चित्र 4 जे में दिखाया गया है।यह पाया जा सकता है कि स्वस्थ समूह की तुलना में एचटीएन, सीएचडी और डीएम समूहों के पीडब्लूवी मान कम थे और उनमें सांख्यिकीय अंतर था (पीएचटीएन ≪ 0.001, पीसीएचडी ≪ 0.001, और पीडीएम ≪ 0.001; पी मूल्यों की गणना टी द्वारा की गई थी) परीक्षा)।इस बीच, स्वस्थ समूह की तुलना में एचटीएन और सीएचडी समूहों के एआईएक्स मान कम थे और उनमें सांख्यिकीय अंतर (पीएचटीएन <0.01, पीसीएचडी <0.001, और पीडीएम <0.05) था।सीएचडी, एचटीएन या डीएम वाले प्रतिभागियों का पीडब्लूवी और एआईएक्स स्वस्थ समूह के प्रतिभागियों की तुलना में अधिक था।परिणाम बताते हैं कि TATSA हृदय संबंधी स्वास्थ्य स्थिति का आकलन करने के लिए हृदय संबंधी पैरामीटर की गणना करने के लिए पल्स तरंग को सटीक रूप से प्राप्त करने में सक्षम है।निष्कर्ष में, अपने वायरलेस, उच्च-रिज़ॉल्यूशन, उच्च-संवेदनशीलता विशेषताओं और आराम के कारण, TATSA पर आधारित WMHMS अस्पतालों में उपयोग किए जाने वाले मौजूदा महंगे चिकित्सा उपकरणों की तुलना में वास्तविक समय की निगरानी के लिए अधिक कुशल विकल्प प्रदान करता है।

नाड़ी तरंग के अलावा, किसी व्यक्ति की शारीरिक स्थिति का आकलन करने में मदद करने के लिए श्वसन संबंधी जानकारी भी एक प्राथमिक महत्वपूर्ण संकेत है।हमारे TATSA पर आधारित श्वसन की निगरानी पारंपरिक पॉलीसोम्नोग्राफी की तुलना में अधिक आकर्षक है क्योंकि इसे बेहतर आराम के लिए कपड़ों में सहजता से एकीकृत किया जा सकता है।एक सफेद लोचदार छाती के पट्टे में सिला हुआ, TATSA को सीधे मानव शरीर से बांधा गया था और श्वसन की निगरानी के लिए छाती के चारों ओर सुरक्षित किया गया था (चित्र 5 ए और फिल्म एस 7)।TATSA पसलियों के विस्तार और संकुचन के साथ विकृत हो गया, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत उत्पादन हुआ।अधिग्रहीत तरंगरूप चित्र 5बी में सत्यापित है।बड़े उतार-चढ़ाव (1.8 वी का आयाम) और आवधिक परिवर्तन (0.5 हर्ट्ज की आवृत्ति) वाला संकेत श्वसन गति के अनुरूप है।अपेक्षाकृत छोटे उतार-चढ़ाव के संकेत को इस बड़े उतार-चढ़ाव के संकेत पर आरोपित किया गया था, जो दिल की धड़कन का संकेत था।श्वसन और दिल की धड़कन के संकेतों की आवृत्ति विशेषताओं के अनुसार, हमने श्वसन और दिल की धड़कन के संकेतों को अलग करने के लिए क्रमशः 0.8-हर्ट्ज कम-पास फिल्टर और 0.8- से 20-हर्ट्ज बैंड-पास फिल्टर का उपयोग किया, जैसा कि चित्र 5C में दिखाया गया है। .इस मामले में, प्रचुर शारीरिक जानकारी (जैसे श्वसन दर, हृदय गति, और नाड़ी तरंग के फीचर बिंदु) के साथ स्थिर श्वसन और नाड़ी संकेत केवल एक TATSA को छाती पर रखकर एक साथ और सटीक रूप से प्राप्त किए गए थे।

(ए) श्वसन से जुड़े दबाव में संकेत को मापने के लिए छाती पर लगाए गए TATSA के डिस्प्ले को दिखाने वाली तस्वीर।(बी) टीटीएसए के लिए वोल्टेज-टाइम प्लॉट छाती पर लगाया गया।(सी) सिग्नल का विघटन (बी) दिल की धड़कन और श्वसन तरंग में।(डी) नींद के दौरान क्रमशः श्वसन और नाड़ी को मापने के लिए पेट और कलाई पर रखे गए दो TATSAs को दिखाने वाली तस्वीर।(ई) एक स्वस्थ प्रतिभागी के श्वसन और नाड़ी संकेत।एचआर, हृदय गति;बीपीएम, प्रति मिनट धड़कन।(एफ) एसएएस प्रतिभागी के श्वसन और नाड़ी संकेत।(जी) एक स्वस्थ प्रतिभागी का श्वसन संकेत और पीटीटी।(एच) एसएएस प्रतिभागी का श्वसन संकेत और पीटीटी।(I) पीटीटी उत्तेजना सूचकांक और एपनिया-हाइपोपेनिया इंडेक्स (एएचआई) के बीच संबंध।फोटो क्रेडिट: वेन्जिंग फैन, चोंगकिंग यूनिवर्सिटी।

यह साबित करने के लिए कि हमारा सेंसर नाड़ी और श्वसन संकेतों की सटीक और विश्वसनीय निगरानी कर सकता है, हमने अपने TATSAs और एक मानक चिकित्सा उपकरण (एमएचएम-6000बी) के बीच नाड़ी और श्वसन संकेतों के माप परिणामों की तुलना करने के लिए एक प्रयोग किया, जैसा कि मूवी एस8 में बताया गया है। और S9.पल्स वेव माप में, चिकित्सा उपकरण का फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर एक युवा लड़की की बाईं तर्जनी पर पहना गया था, और इस बीच, हमारा TATSA उसकी दाहिनी तर्जनी पर पहना गया था।दो अधिग्रहीत नाड़ी तरंगों से, हम देख सकते हैं कि उनकी रूपरेखा और विवरण समान थे, जो दर्शाता है कि TATSA द्वारा मापी गई नाड़ी उतनी ही सटीक है जितनी कि चिकित्सा उपकरण द्वारा मापी गई नाड़ी।श्वसन तरंग माप में, चिकित्सा निर्देश के अनुसार एक युवक के शरीर के पांच क्षेत्रों में पांच इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफिक इलेक्ट्रोड जोड़े गए।इसके विपरीत, केवल एक TATSA को सीधे शरीर से बांधा गया था और छाती के चारों ओर सुरक्षित किया गया था।एकत्र किए गए श्वसन संकेतों से, यह देखा जा सकता है कि हमारे TATSA द्वारा पता लगाए गए श्वसन संकेत की भिन्नता प्रवृत्ति और दर चिकित्सा उपकरण के अनुरूप थी।इन दो तुलनात्मक प्रयोगों ने नाड़ी और श्वसन संकेतों की निगरानी के लिए हमारे सेंसर सिस्टम की सटीकता, विश्वसनीयता और सरलता को मान्य किया।

इसके अलावा, हमने स्मार्ट कपड़ों का एक टुकड़ा तैयार किया और श्वसन और नाड़ी संकेतों की निगरानी के लिए क्रमशः पेट और कलाई की स्थिति में दो TATSAs सिले।विशेष रूप से, एक विकसित दोहरे चैनल WMHMS का उपयोग नाड़ी और श्वसन संकेतों को एक साथ पकड़ने के लिए किया गया था।इस प्रणाली के माध्यम से, हमने सोते समय (चित्र 5डी और मूवी एस10) और बैठे हुए (चित्र एस26 और मूवी एस11) हमारे स्मार्ट कपड़े पहने एक 25 वर्षीय व्यक्ति के श्वसन और नाड़ी संकेत प्राप्त किए।प्राप्त श्वसन और नाड़ी संकेतों को मोबाइल फोन के एपीपी पर वायरलेस तरीके से प्रसारित किया जा सकता है।जैसा कि ऊपर बताया गया है, TATSA में श्वसन और नाड़ी संकेतों को पकड़ने की क्षमता है।ये दो शारीरिक संकेत चिकित्सकीय रूप से एसएएस का अनुमान लगाने के मानदंड भी हैं।इसलिए, हमारे TATSA का उपयोग नींद की गुणवत्ता और संबंधित नींद संबंधी विकारों की निगरानी और मूल्यांकन के लिए भी किया जा सकता है।जैसा कि चित्र 5 (क्रमशः ई और एफ) में दिखाया गया है, हमने लगातार दो प्रतिभागियों की नाड़ी और श्वसन तरंगों को मापा, एक स्वस्थ और एसएएस वाला एक रोगी।एपनिया से रहित व्यक्ति के लिए, मापी गई श्वसन और नाड़ी दरें क्रमशः 15 और 70 पर स्थिर रहीं।एसएएस वाले रोगी के लिए, 24 सेकंड के लिए एक अलग एपनिया देखा गया, जो एक अवरोधक श्वसन घटना का संकेत है, और तंत्रिका तंत्र के नियमन के कारण एपनिया की अवधि के बाद हृदय गति थोड़ी बढ़ गई (49)।संक्षेप में, श्वसन स्थिति का मूल्यांकन हमारे TATSA द्वारा किया जा सकता है।

पल्स और श्वसन संकेतों के माध्यम से एसएएस के प्रकार का और आकलन करने के लिए, हमने पल्स ट्रांजिट टाइम (पीटीटी) का विश्लेषण किया, जो एक स्वस्थ व्यक्ति और एक रोगी के परिधीय संवहनी प्रतिरोध और इंट्राथोरेसिक दबाव (अनुभाग एस 1 में परिभाषित) में परिवर्तन को प्रतिबिंबित करने वाला एक गैर-आक्रामक संकेतक है। एसएएस.स्वस्थ प्रतिभागी के लिए, श्वसन दर अपरिवर्तित रही, और पीटीटी 180 से 310 एमएस (चित्र 5जी) तक अपेक्षाकृत स्थिर थी।हालाँकि, एसएएस प्रतिभागी के लिए, एप्निया के दौरान पीटीटी लगातार 120 से 310 एमएस तक बढ़ गया (चित्र 5एच)।इस प्रकार, प्रतिभागी को ऑब्सट्रक्टिव एसएएस (ओएसएएस) का पता चला।यदि एपनिया के दौरान पीटीटी में परिवर्तन कम हो जाता है, तो स्थिति को सेंट्रल स्लीप एपनिया सिंड्रोम (सीएसएएस) के रूप में निर्धारित किया जाएगा, और यदि ये दोनों लक्षण एक साथ मौजूद हैं, तो इसे मिश्रित एसएएस (एमएसएएस) के रूप में निदान किया जाएगा।एसएएस की गंभीरता का आकलन करने के लिए, हमने एकत्रित संकेतों का और विश्लेषण किया।पीटीटी उत्तेजना सूचकांक, जो प्रति घंटे पीटीटी उत्तेजना की संख्या है (पीटीटी उत्तेजना को ≥3 सेकेंड तक चलने वाली ≥15 एमएस की पीटीटी में गिरावट के रूप में परिभाषित किया गया है), एसएएस की डिग्री का मूल्यांकन करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।एपनिया-हाइपोपेनिया इंडेक्स (एएचआई) एसएएस की डिग्री निर्धारित करने के लिए एक मानक है (एपनिया सांस लेने की समाप्ति है, और हाइपोपेनिया अत्यधिक उथली श्वास या असामान्य रूप से कम श्वसन दर है), जिसे एपनिया और हाइपोपेनिया की संख्या के रूप में परिभाषित किया गया है। सोते समय घंटा (एएचआई और ओएसएएस के लिए रेटिंग मानदंड के बीच संबंध तालिका एस2 में दिखाया गया है)।एएचआई और पीटीटी उत्तेजना सूचकांक के बीच संबंधों की जांच करने के लिए, एसएएस वाले 20 रोगियों के श्वसन संकेतों का चयन किया गया और टीएटीएसए के साथ उनका विश्लेषण किया गया।जैसा कि चित्र 5I में दिखाया गया है, पीटीटी उत्तेजना सूचकांक सकारात्मक रूप से एएचआई के साथ जुड़ा हुआ है, क्योंकि नींद के दौरान एपनिया और हाइपोपेनिया रक्तचाप में स्पष्ट और क्षणिक वृद्धि का कारण बनते हैं, जिससे पीटीटी में कमी आती है।इसलिए, हमारा TATSA एक साथ स्थिर और सटीक नाड़ी और श्वसन संकेत प्राप्त कर सकता है, इस प्रकार संबंधित रोगों की निगरानी और मूल्यांकन के लिए हृदय प्रणाली और एसएएस पर महत्वपूर्ण शारीरिक जानकारी प्रदान करता है।

संक्षेप में, हमने एक साथ विभिन्न शारीरिक संकेतों का पता लगाने के लिए पूर्ण कार्डिगन सिलाई का उपयोग करके एक TATSA विकसित किया।इस सेंसर में 7.84 mV Pa−1 की उच्च संवेदनशीलता, 20 एमएस की तेज़ प्रतिक्रिया समय, 100,000 से अधिक चक्रों की उच्च स्थिरता और व्यापक कार्य आवृत्ति बैंडविड्थ शामिल है।TATSA के आधार पर, मापे गए शारीरिक मापदंडों को मोबाइल फोन पर प्रसारित करने के लिए एक WMHMS भी विकसित किया गया था।TATSA को सौंदर्य डिजाइन के लिए कपड़ों की विभिन्न साइटों में शामिल किया जा सकता है और वास्तविक समय में नाड़ी और श्वसन संकेतों की एक साथ निगरानी करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।विस्तृत जानकारी प्राप्त करने की क्षमता के कारण इस प्रणाली को स्वस्थ व्यक्तियों और सीएडी या एसएएस वाले लोगों के बीच अंतर करने में मदद के लिए लागू किया जा सकता है।इस अध्ययन ने मानव नाड़ी और श्वसन को मापने के लिए एक आरामदायक, कुशल और उपयोगकर्ता के अनुकूल दृष्टिकोण प्रदान किया, जो पहनने योग्य कपड़ा इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास में प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है।

स्टेनलेस स्टील को बार-बार मोल्ड के माध्यम से पारित किया गया और 10 माइक्रोन के व्यास के साथ एक फाइबर बनाने के लिए फैलाया गया।इलेक्ट्रोड के रूप में एक स्टेनलेस स्टील फाइबर को वाणिज्यिक एक-प्लाई टेरीलीन यार्न के कई टुकड़ों में डाला गया था।

एक साइनसॉइडल दबाव संकेत प्रदान करने के लिए एक फ़ंक्शन जनरेटर (स्टैनफोर्ड डीएस345) और एक एम्पलीफायर (लैबवर्कपा-13) का उपयोग किया गया था।TATSA पर लागू बाहरी दबाव को मापने के लिए एक दोहरी-रेंज बल सेंसर (वर्नियर सॉफ्टवेयर एंड टेक्नोलॉजी एलएलसी) का उपयोग किया गया था।TATSA के आउटपुट वोल्टेज और करंट की निगरानी और रिकॉर्ड करने के लिए कीथली सिस्टम इलेक्ट्रोमीटर (कीथली 6514) का उपयोग किया गया था।

एएटीसीसी टेस्ट विधि 135-2017 के अनुसार, हमने 1.8 किलोग्राम भार के रूप में TATSA और पर्याप्त गिट्टी का उपयोग किया और फिर उन्हें नाजुक मशीन धोने के चक्रों को करने के लिए एक वाणिज्यिक लॉन्ड्रिंग मशीन (लैबटेक्स एलबीटी-एम 6 टी) में डाल दिया।फिर, हमने लॉन्ड्रिंग मशीन को 25 डिग्री सेल्सियस पर 18 गैलन पानी से भर दिया और वॉशर को चयनित वाशिंग चक्र और समय (आंदोलन गति, 119 स्ट्रोक प्रति मिनट; धोने का समय, 6 मिनट; अंतिम स्पिन गति, 430 आरपीएम; अंतिम) के लिए सेट किया। स्पिन समय, 3 मिनट)।अंत में, TATSA को 26°C से अधिक के कमरे के तापमान पर शांत हवा में लटका दिया गया।

मरीजों को बिस्तर पर लापरवाह स्थिति में लेटने का निर्देश दिया गया।TATSA को माप स्थलों पर रखा गया था।एक बार जब विषय मानक लापरवाह स्थिति में थे, तो उन्होंने 5 से 10 मिनट तक पूरी तरह से आराम की स्थिति बनाए रखी।फिर पल्स सिग्नल को मापना शुरू किया गया।

इस लेख के लिए पूरक सामग्री https://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/11/eaay2840/DC1 पर उपलब्ध है।

चित्र. S9.COMSOL सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके 0.2 kPa पर लागू दबाव के तहत TATSA के बल वितरण का सिमुलेशन परिणाम।

चित्र. S10.क्रमशः 0.2 और 2 केपीए पर लागू दबाव के तहत एक संपर्क इकाई के बल वितरण के सिमुलेशन परिणाम।

चित्र. S11.शॉर्ट-सर्किट स्थितियों के तहत संपर्क इकाई के चार्ज स्थानांतरण का पूरा योजनाबद्ध चित्रण।

चित्र. S13.माप चक्र में लगातार लागू बाहरी दबाव के जवाब में TATSA का निरंतर आउटपुट वोल्टेज और करंट।

चित्र S14.लूप संख्या को वेले दिशा में अपरिवर्तित रखते हुए एक ही फैब्रिक क्षेत्र में विभिन्न संख्या में लूप इकाइयों पर वोल्टेज प्रतिक्रिया।

चित्र. S15.पूर्ण कार्डिगन सिलाई और सादे सिलाई का उपयोग करके दो कपड़ा सेंसर के आउटपुट प्रदर्शन के बीच तुलना।

चित्र. S16.1 केपीए के गतिशील दबाव और 3, 5, 7, 9, 10, 11, 13, 15, 18 और 20 हर्ट्ज के दबाव इनपुट आवृत्ति पर आवृत्ति प्रतिक्रिया दिखाने वाले प्लॉट।

चित्र. S25.जब विषय स्थिर और गति की स्थिति में था तो सेंसर का आउटपुट वोल्टेज।

चित्र. S26.श्वसन और नाड़ी को मापने के लिए क्रमशः पेट और कलाई पर एक साथ रखे गए TATSAs को दिखाने वाली तस्वीर।

यह क्रिएटिव कॉमन्स एट्रिब्यूशन-नॉन-कमर्शियल लाइसेंस की शर्तों के तहत वितरित एक ओपन-एक्सेस लेख है, जो किसी भी माध्यम में उपयोग, वितरण और पुनरुत्पादन की अनुमति देता है, जब तक कि परिणामी उपयोग व्यावसायिक लाभ के लिए न हो और मूल कार्य ठीक से हो। उद्धृत।

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वेनजिंग फैन, कियांग हे, केयू मेंग, ज़ुलोंग टैन, झिहाओ झोउ, गाओकियांग झांग, जिन यांग, झोंग लिन वांग द्वारा

स्वास्थ्य निगरानी के लिए उच्च दबाव संवेदनशीलता और आराम वाला एक ट्राइबोइलेक्ट्रिक ऑल-टेक्सटाइल सेंसर विकसित किया गया था।

वेनजिंग फैन, कियांग हे, केयू मेंग, ज़ुलोंग टैन, झिहाओ झोउ, गाओकियांग झांग, जिन यांग, झोंग लिन वांग द्वारा

स्वास्थ्य निगरानी के लिए उच्च दबाव संवेदनशीलता और आराम वाला एक ट्राइबोइलेक्ट्रिक ऑल-टेक्सटाइल सेंसर विकसित किया गया था।

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