Elektwonik twal portable yo trè dezirab pou reyalize jesyon sante pèsonalize.Sepandan, pi fò elektwonik tekstil rapòte ka swa detanzantan vize yon sèl siyal fizyolojik oswa manke detay yo eksplisit nan siyal yo, ki mennen nan yon evalyasyon sante pasyèl.Anplis de sa, tekstil ak pwopriyete ekselan ak konfò toujou rete yon defi.Isit la, nou rapòte yon etalaj detèktè triboelectric tout-tèkstil ak sansiblite segondè presyon ak konfò.Li montre sansiblite presyon (7.84 mV Pa-1), tan repons rapid (20 ms), estabilite (> 100,000 sik), lajè frekans k ap travay (jiska 20 Hz), ak lave machin (> 40 lave).TATSA yo fabrike yo te koud nan diferan pati nan rad pou kontwole onn batman atè yo ak siyal respiratwa yo ansanm.Nou devlope plis yon sistèm siveyans sante pou evalyasyon alontèm ak non-invasive nan maladi kadyovaskilè ak sendwòm apne dòmi, ki montre gwo avansman pou analiz quantitative kèk maladi kwonik.
Elektwonik portable reprezante yon opòtinite kaptivan akòz aplikasyon pwomèt yo nan medikaman pèsonalize.Yo ka kontwole eta sante yon moun nan yon fason kontinyèl, an tan reyèl, epi ki pa anvayisan (1–11).Batman kè ak respirasyon, kòm de eleman endispansab nan siy vital, ka bay tou de yon evalyasyon egzat sou eta a fizyolojik ak apèsi remakab nan dyagnostik la ak pronostik maladi ki gen rapò (12-21).Jouk jounen jodi a, pi fò elektwonik pou detekte siyal fizyolojik sibtil yo baze sou substrats ultramins tankou polyethylene terephthalate, polydimethylsiloxane, polyimide, vè, ak silikon (22-26).Yon dezavantaj nan substrats sa yo pou itilize sou po a manti sou fòma plan ak rijid yo.Kòm yon rezilta, kasèt, Band-Aids, oswa lòt aparèy mekanik yo oblije etabli yon kontak kontra enfòmèl ant elektwonik portable ak po moun, ki ka lakòz iritasyon ak deranjman pandan peryòd pwolonje nan itilizasyon (27, 28).Anplis, substrats sa yo gen pòv pèmeyabilite lè a, sa ki lakòz malèz lè yo itilize pou siveyans sante alontèm ak kontinyèl.Pou soulaje pwoblèm ki endike anwo yo nan swen sante, espesyalman nan itilizasyon chak jou, tekstil entelijan ofri yon solisyon serye.Tekstil sa yo gen karakteristik tendres, pwa lejè, ak rèspirabilite epi, kidonk, potansyèl pou reyalize konfò nan elektwonik portable.Nan dènye ane yo, efò entansif yo te konsakre nan devlope sistèm ki baze sou twal nan detèktè sansib, rekòlte enèji, ak depo (29-39).An patikilye, rechèch siksè yo te rapòte sou fib optik, piezoelectricity, ak tekstil entelijan ki baze sou rezistans aplike nan siveyans batman kè ak siyal respiratwa (40-43).Sepandan, tekstil entelijan sa yo tipikman gen sansiblite ki ba ak yon paramèt siveyans sèl epi yo pa ka fabrike sou yon echèl gwo (tablo S1).Nan ka mezi batman kè, enfòmasyon detaye difisil pou kaptire paske nan fluctuation endispoze ak rapid nan batman kè (egzanp, pwen karakteristik li yo), e konsa, segondè sansiblite ak pèfòmans frekans repons apwopriye yo mande.
Nan etid sa a, nou prezante yon etalaj detèktè triboelectric tout-tèkstil (TATSA) ak sansiblite segondè pou kaptire presyon epidèm sibtil, knitted ak fil kondiktif ak nilon nan yon pwen vès plen.TATSA a ka bay gwo sansiblite presyon (7.84 mV Pa-1), tan repons rapid (20 ms), estabilite (> 100,000 sik), lajè frekans k ap travay (jiska 20 Hz), ak lave machin (> 40 lave).Li kapab entegre tèt li fasilman nan rad ak diskresyon, konfò, ak apèl ayestetik.Miyò, TATSA nou an ka dirèkteman enkòpore nan diferan sit twal la ki koresponn ak vag batman kè yo nan kou, ponyèt, pwent dwèt, ak pozisyon cheviy ak vag respiratwa yo nan vant la ak pwatrin yo.Pou evalye pèfòmans ekselan TATSA nan siveyans sante an tan reyèl ak aleka, nou devlope yon sistèm siveyans sante entèlijan pèsonalize pou kontinyèlman jwenn ak sove siyal fizyolojik pou analiz maladi kadyovaskilè (CAD) ak evalyasyon sendwòm apne dòmi (SAS). ).
Kòm ilistre nan Fig. 1A, de TATSA yo te koud nan manchèt la ak nan pwatrin nan yon chemiz pou pèmèt siveyans la dinamik ak similtane nan batman kè yo ak siyal respiratwa, respektivman.Siyal fizyolojik sa yo te transmèt san fil nan aplikasyon entèlijan tèminal mobil (APP) pou plis analiz de sitiyasyon sante.Figi 1B montre TATSA a koud nan yon moso twal, ak inset la montre gade elaji TATSA a, ki te knitted lè l sèvi avèk fil kondiktif karakteristik ak fil nilon komèsyal ansanm nan yon pwen vès plen.Konpare ak pwen fondamantal la plenn, metòd la trikote ki pi komen ak debaz, yo te chwazi pwen vès plen paske kontak ki genyen ant tèt la bouk nan fil kondiktif la ak tèt la adjasan tuck fil nilon fil (fig. S1) se yon sifas. olye ke yon pwen kontak, ki mennen ale nan yon pi gwo zòn aji pou efè triboelectric segondè.Pou prepare fil kondiktif la, nou chwazi asye pur kòm fib debaz fiks la, ak plizyè moso nan yon sèl-ply fil Terylene yo te trese alantou fib debaz la nan yon sèl fil kondiktif ak yon dyamèt 0.2 mm (fig. S2), ki te sèvi kòm. tou de sifas elèktrifikasyon ak elektwòd kondiktè a.Fil nilon an, ki te gen yon dyamèt 0.15 mm epi ki te sèvi kòm yon lòt sifas elèktrifikasyon, te gen yon fòs rupture fò paske li te trese pa fil incomputable (figi S3).Figi 1 (C ak D, respektivman) montre foto fil kondiktif fabrike ak fil nilon.Ankadreman yo montre imaj respektif mikwoskospi elektwonik yo (SEM), ki prezante yon seksyon kwa tipik nan fil kondiktif la ak sifas fil nilon an.Fòs rupture segondè nan fil yo kondiktif ak nilon asire kapasite resi yo sou yon machin endistriyèl yo kenbe yon pèfòmans inifòm nan tout detèktè.Jan yo montre nan Fig. 1E, fil kondiktif yo, fil nilon, ak fil òdinè yo te blese sou kòn respektif yo, ki te Lè sa a, chaje sou machin endistriyèl enfòmatik plat trikote a pou resi otomatik (fim S1).Jan yo montre nan fig.S4, plizyè TATSA yo te knitted ansanm ak twal òdinè lè l sèvi avèk machin endistriyèl la.Yon sèl TATSA ak yon epesè 0.85 mm ak yon pwa 0.28 g ta ka pwepare nan tout estrikti a pou itilizasyon endividyèl, montre konpatibilite ekselan li yo ak lòt twal.Anplis de sa, TATSA yo ta ka fèt nan divès koulè pou satisfè kondisyon ayestetik ak alamòd akòz divèsite nan fil nilon komèsyal yo (figi 1F ak fig. S5).TATSA yo fabrike gen tendres ekselan ak kapasite pou kenbe tèt ak koube piman bouk oswa deformation (fig. S6).Figi 1G montre TATSA a koud dirèkteman nan vant ak manchèt yon chanday.Pwosesis la nan trikote chanday la montre nan fig frans.S7 ak fim S2.Detay yo sou bò devan ak dèyè nan TATSA la lonje nan pozisyon nan vant yo montre nan fig.S8 (A ak B, respektivman), ak pozisyon nan fil kondiktif ak fil nilon ilistre nan fig.S8C.Li ka wè isit la ke TATSA a ka entegre nan twal òdinè san pwoblèm pou yon aparans sekrè ak entelijan.
(A) De TATSA yo entegre nan yon chemiz pou kontwole siyal batman kè ak respiratwa an tan reyèl.(B) Ilistrasyon chematik konbinezon TATSA ak rad.Inset la montre gade elaji nan Capteur a.(C) Foto fil kondiktif la (ba echèl, 4 cm).Inset la se imaj la SEM nan koup transvèsal la nan fil kondiktif la (ba echèl, 100 μm), ki gen ladann asye pur ak fil Terylene.(D) Foto fil nilon an (ba echèl, 4 cm).Inset la se imaj la SEM nan sifas la fil nilon (ba echèl, 100 μm).(E) Imaj machin trikote plat enfòmatize k ap fè tise otomatik TATSA yo.(F) Foto TATSA yo nan diferan koulè (ba echèl, 2 cm).Inset la se TATSA a trese, ki demontre tendres ekselan li yo.(G) Foto de TATSA yo ki te koud nèt ak san pwoblèm nan yon chanday.Kredi foto: Wenjing Fan, Chongqing University.
Pou analize mekanis k ap travay nan TATSA a, ki gen ladan pwopriyete mekanik ak elektrik li yo, nou konstwi yon modèl trikote jewometrik nan TATSA a, jan yo montre nan Fig. 2A.Lè l sèvi avèk koud la plen vès, fil kondiktif ak nilon yo konekte nan fòm inite bouk nan direksyon an kou ak wale.Yon estrikti bouk sèl (fig. S1) konsiste de yon tèt bouk, bra bouk, pati ki travèse kòt, bra koud tuck, ak tèt stitch tuck.Ou ka jwenn de fòm sifas kontak ant de fil diferan yo: (i) sifas kontak ant tèt bouk fil kondiktif la ak tèt fil nilon fil ak (ii) sifas kontak ant tèt bouk la. fil nilon an ak tèt la koud tuck nan fil kondiktif la.
(A) TATSA a ak bò devan, adwat ak anwo nan bouk knit yo.(B) Rezilta simulation distribisyon fòs yon TATSA anba yon presyon aplike nan 2 kPa lè l sèvi avèk lojisyèl COMSOL la.(C) ilistrasyon chematik transfè chaj yon inite kontak anba kondisyon kout sikwi.(D) Rezilta simulation distribisyon chaj yon inite kontak anba yon kondisyon sikwi louvri lè l sèvi avèk lojisyèl COMSOL la.
Prensip travay TATSA a ka eksplike nan de aspè: eksitasyon fòs ekstèn ak chaj pwovoke li yo.Pou konprann entwitif distribisyon estrès an repons a estimilis fòs ekstèn, nou te itilize analiz eleman fini lè l sèvi avèk lojisyèl COMSOL nan diferan fòs ekstèn nan 2 ak 0.2 kPa, jan respektivman montre nan Fig. 2B ak fig.S9.Estrès la parèt sou sifas kontak de fil.Jan yo montre nan fig.S10, nou konsidere de inite bouk pou klarifye distribisyon estrès la.Nan konpare distribisyon an estrès anba de fòs ekstèn diferan, estrès la sou sifas yo nan fil yo kondiktif ak nilon ogmante ak ogmante fòs la ekstèn, sa ki lakòz kontak ak ekstrizyon ant de fil yo.Yon fwa yo lage fòs ekstèn lan, de fil yo separe epi deplase lwen youn ak lòt.
Mouvman kontak-separasyon ant fil kondiktif ak fil nilon pwovoke transfè chaj, ki se atribiye nan konjonksyon an nan triboelectrification ak endiksyon elektwostatik.Pou klarifye pwosesis pwodiksyon elektrisite a, nou analize koup transvèsal zòn kote de fil yo kontakte youn ak lòt (figi 2C1).Kòm demontre nan Fig. 2 (C2 ak C3, respektivman), lè TATSA a ankouraje pa fòs la ekstèn ak de fil yo kontakte youn ak lòt, elèktrifikasyon rive sou sifas la nan fil yo kondiktif ak nilon, ak chaj yo ekivalan ak opoze. polarite yo pwodwi sou sifas de fil yo.Yon fwa de fil yo separe, chaj pozitif yo pwovoke nan asye pur enteryè a paske nan efè a endiksyon elektwostatik.Chema konplè a montre nan fig.S11.Pou jwenn yon konpreyansyon plis quantitative sou pwosesis pwodiksyon elektrisite, nou simulation distribisyon potansyèl TATSA a lè l sèvi avèk lojisyèl COMSOL (Fig. 2D).Lè de materyèl yo an kontak, chaj la sitou kolekte sou materyèl friksyon an, epi sèlman yon ti kantite chaj pwovoke prezan sou elektwòd la, sa ki lakòz ti potansyèl la (figi 2D, anba).Lè de materyèl yo separe (Fig. 2D, tèt), chaj la pwovoke sou elektwòd la ogmante akòz diferans potansyèl la, ak ogmantasyon potansyèl korespondan yo, ki revele yon bon akò ant rezilta yo jwenn nan eksperyans yo ak sa yo ki soti nan simulation yo. .Anplis de sa, depi elektwòd kondiktè TATSA a vlope nan fil Terylene ak po a an kontak ak tou de materyèl friksyon yo, Se poutèt sa, lè TATSA a mete dirèkteman sou po a, chaj la depann sou fòs ekstèn lan epi li pa pral. dwe febli pa po a.
Pou karakterize pèfòmans TATSA nou an nan divès aspè, nou te bay yon sistèm mezi ki gen yon dèlko fonksyon, anplifikatè pouvwa, shaker elektwodinamik, kalib fòs, elektwomèt, ak òdinatè (fig. S12).Sistèm sa a jenere yon presyon dinamik ekstèn ki rive jiska 7 kPa.Nan eksperyans, TATSA a te mete sou yon fèy plastik plat nan yon eta gratis, ak pwodiksyon siyal elektrik yo anrejistre pa elektwomèt la.
Espesifikasyon nan fil kondiktif ak nilon yo afekte pèfòmans pwodiksyon TATSA paske yo detèmine sifas kontak ak kapasite pou wè presyon ekstèn lan.Pou mennen ankèt sou sa a, nou fabrike twa gwosè nan de fil yo, respektivman: fil kondiktif ak yon gwosè 150D/3, 210D/3, ak 250D/3 ak fil nilon ak yon gwosè 150D/6, 210D/6, ak 250D. /6 (D, denier; yon inite mezi yo itilize pou detèmine epesè fib fil endividyèl yo; twal ki gen yon gwo konte denier yo gen tandans epè).Lè sa a, nou te chwazi de fil sa yo ak gwosè diferan pou brode yo nan yon Capteur, ak dimansyon TATSA a te kenbe nan 3 cm pa 3 cm ak nimewo bouk 16 nan direksyon Wale ak 10 nan direksyon kou a.Se konsa, detèktè yo ak nèf modèl trikote yo te jwenn.Capteur a pa fil kondiktif la ak gwosè a nan 150D/3 ak fil nilon ak gwosè a nan 150D / 6 te pi mens la, ak Capteur a pa fil a kondiktif ak gwosè a nan 250D / 3 ak fil nilon ak gwosè a nan 250D / 6 te pi epè a.Anba yon eksitasyon mekanik nan 0.1 a 7 kPa, pwodiksyon elektrik yo pou modèl sa yo te sistematik envestige ak teste, jan yo montre nan Fig. 3A.Tensyon pwodiksyon nèf TATSA yo te ogmante ak presyon an te ogmante, ki soti nan 0.1 a 4 kPa.Espesyalman, nan tout modèl yo trikote, spesifikasyon nan fil kondiktif 210D/3 ak fil nilon 210D/6 delivre pi wo pwodiksyon elektrik la ak ekspoze pi gwo sansiblite.Vòltaj pwodiksyon an te montre yon tandans ogmante ak ogmantasyon nan epesè TATSA a (paske sifas kontak ase) jiskaske TATSA a te knitted lè l sèvi avèk fil kondiktif 210D/3 ak fil nilon 210D/6.Kòm plis ogmantasyon nan epesè ta mennen nan absòpsyon nan presyon ekstèn pa fil yo, vòltaj pwodiksyon an diminye kòmsadwa.Anplis de sa, li te note ke nan rejyon an presyon ki ba (<4 kPa), yon varyasyon lineyè byen konpòte nan vòltaj pwodiksyon an ak presyon te bay yon sansiblite presyon siperyè nan 7.84 mV Pa-1.Nan rejyon an wo presyon (> 4 kPa), yon sansiblite presyon pi ba nan 0.31 mV Pa-1 te obsève eksperimantal paske nan saturation nan zòn nan friksyon efikas.Yon sansiblite presyon menm jan an te demontre pandan pwosesis opoze a nan aplike fòs.Des tan konkrè vòltaj pèsistans yap ogmante jiska ak aktyèl anba pwesyon diferan yo prezante nan fig.S13 (A ak B, respektivman).
(A) Sòti vòltaj anba nèf modèl trikote fil kondiktif (150D/3, 210D/3, ak 250D/3) konbine avèk fil nilon (150D/6, 210D/6, ak 250D/6).(B) Voltage repons a plizyè kantite inite bouk nan menm zòn twal la lè w kenbe nimewo bouk la nan direksyon Wale san okenn chanjman.(C) Trase ki montre repons frekans yo anba yon presyon dinamik 1 kPa ak frekans antre presyon 1 Hz.(D) Diferan pwodiksyon ak vòltaj aktyèl anba frekans 1, 5, 10, ak 20 Hz.(E) Tès rezistans TATSA anba yon presyon 1 kPa.(F) Karakteristik pwodiksyon TATSA apre lave 20 ak 40 fwa.
Sansiblite a ak vòltaj pwodiksyon te enfliyanse tou pa dansite pwen nan TATSA a, ki te detèmine pa kantite total bouk nan yon zòn mezire nan twal.Yon ogmantasyon nan dansite nan pwen ta mennen nan pi gwo konpak nan estrikti twal la.Figi 3B montre pèfòmans yo pwodiksyon anba nimewo bouk diferan nan zòn nan twal nan 3 cm pa 3 cm, ak inset la montre estrikti nan yon inite bouk (nou kenbe nimewo a bouk nan direksyon kou a nan 10, ak nimewo a bouk nan la). direksyon wale te 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, ak 26).Lè yo ogmante nimewo a bouk, vòltaj pwodiksyon an premye montre yon tandans ogmante paske nan sifas la kontak ogmante, jouk pik nan vòltaj pwodiksyon maksimòm nan 7.5 V ak yon nimewo bouk nan 180. Apre pwen sa a, vòltaj pwodiksyon an swiv yon tandans diminye paske la TATSA te vin sere, ak de fil yo te gen yon espas kontak-separasyon redwi.Pou eksplore nan ki direksyon dansite a gen yon gwo enpak sou pwodiksyon an, nou te kenbe nimewo bouk TATSA a nan direksyon wale a nan 18, epi nimewo bouk la nan direksyon kou a te mete yo dwe 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, ak 14. Tansyon pwodiksyon korespondan yo montre nan fig.S14.Nan konparezon, nou ka wè ke dansite nan direksyon kou a gen yon pi gwo enfliyans sou vòltaj pwodiksyon an.Kòm yon rezilta, yo te chwazi modèl trikote 210D/3 fil kondiktif ak 210D/6 fil nilon ak 180 inite bouk pou trikote TATSA apre evalyasyon konplè sou karakteristik pwodiksyon an.Anplis de sa, nou konpare siyal pwodiksyon de detèktè twal yo lè l sèvi avèk koud plen vès la ak koud plenn.Jan yo montre nan fig.S15, pwodiksyon elektrik la ak sansiblite lè l sèvi avèk koud plen vès yo pi wo pase sa ki itilize pwen plenn.
Tan repons pou kontwole siyal an tan reyèl yo te mezire.Pou egzamine tan an repons nan Capteur nou an nan fòs ekstèn, nou konpare siyal yo vòltaj pwodiksyon ak entrain yo presyon dinamik nan yon frekans nan 1 a 20 Hz (figi 3C ak fig. S16, respektivman).Fòm vag vòltaj pwodiksyon yo te prèske idantik ak vag presyon sinusoidal opinyon yo anba yon presyon 1 kPa, ak ond pwodiksyon yo te gen yon tan repons rapid (apeprè 20 ms).Isterèz sa a ka atribiye a estrikti elastik la pa te retounen nan eta orijinal la pi vit ke posib apre li fin resevwa fòs ekstèn lan.Men, ti isterèz sa a akseptab pou siveyans an tan reyèl.Pou jwenn presyon dinamik ak yon seri frekans sèten, yo espere yon repons frekans apwopriye nan TATSA.Se konsa, karakteristik frekans nan TATSA yo te teste tou.Lè yo ogmante frekans ekstèn eksitan, anplitid vòltaj pwodiksyon an rete prèske pa chanje, tandiske anplitid aktyèl la ogmante lè frekans yo tapping varye ant 1 a 20 Hz (figi 3D).
Pou evalye repetibilite, estabilite, ak rezistans nan TATSA a, nou teste vòltaj pwodiksyon an ak repons aktyèl yo nan sik chaje-dechaje presyon.Yon presyon 1 kPa ak yon frekans 5 Hz te aplike nan Capteur a.Yo te anrejistre vòltaj pik-a-pik ak aktyèl apre 100,000 sik chaje-dechaje (figi 3E ak fig. S17, respektivman).View yo elaji nan vòltaj la ak fòm vag aktyèl la yo montre nan ensèk la nan Figi 3E ak fig.S17, respektivman.Rezilta yo revele repetibilite remakab, estabilite, ak rezistans nan TATSA la.Washability se tou yon kritè evalyasyon esansyèl nan TATSA a kòm yon aparèy tout-tèkstil.Pou evalye kapasite lave a, nou teste vòltaj pwodiksyon an nan Capteur a apre nou fin lave machin TATSA a dapre Metòd Tès 135-2017 Asosyasyon Ameriken Tekstil ak Colorists (AATCC).Pwosedi lave detaye dekri nan Materyèl ak Metòd.Jan yo montre nan Fig. 3F, pwodiksyon elektrik yo te anrejistre apre yo fin lave 20 fwa ak 40 fwa, ki te demontre ke pa te gen okenn chanjman diferan nan vòltaj pwodiksyon an pandan tout tès lave yo.Rezilta sa yo verifye remakab lave TATSA la.Kòm yon Capteur twal portable, nou eksplore tou pèfòmans pwodiksyon an lè TATSA a te nan tansyon (fig. S18), trese (fig. S19), ak diferan imidite (fig. S20).
Sou baz anpil avantaj ki genyen nan TATSA demontre pi wo a, nou devlope yon sistèm siveyans sante mobil san fil (WMHMS), ki gen kapasite pou kontinyèlman akeri siyal fizyolojik ak Lè sa a, bay konsèy pwofesyonèl pou yon pasyan.Figi 4A montre dyagram WMHMS ki baze sou TATSA.Sistèm nan gen kat konpozan: TATSA pou jwenn siyal fizyolojik analòg yo, yon sikwi kondisyone analòg ak yon filtè ki ba-pase (MAX7427) ak yon anplifikatè (MAX4465) pou asire ase detay ak ekselan senkronizasyon siyal yo, yon analòg-a-dijital. konvètisè ki baze sou yon inite mikrokontwolè pou kolekte ak konvèti siyal analòg yo nan siyal dijital, ak yon modil Bluetooth (CC2640 ki ba-pouvwa Bluetooth chip) transmèt siyal dijital la nan aplikasyon an tèminal telefòn mobil (APP; Huawei Honor 9).Nan etid sa a, nou koud TATSA a san pwoblèm nan yon dantèl, braslè, fingerstall, ak chosèt, jan yo montre nan Fig. 4B.
(A) Ilistrasyon WMHMS la.(B) Foto TATSA yo koud nan yon braslè, yon dwèt, yon chosèt, ak yon braslè pwatrin, respektivman.Mezi batman kè a nan (C1) kou a, (D1) ponyèt, (E1) pwent dwèt, ak (F1) cheviy.Ond batman kè nan (C2) kou, (D2) ponyèt, (E2) pwent dwèt, ak (F2) cheviy.(G) Ond batman kè diferan laj.(H) Analiz yon sèl vag batman kè.Endèks ogmantasyon radial (AIx) defini kòm AIx (%) = P2/P1.P1 se pikwa nan vag la avanse, ak P2 se pikwa nan vag la reflete.(I) Yon sik batman brachial la ak cheviy la.Vitès vag batman kè (PWV) defini kòm PWV = D/∆T.D se distans ki genyen ant cheviy la ak brachial la.∆T se delè tan ant pik cheviy ak onn batman brachial la.PTT, tan transpò batman kè.(J) Konparezon AIx ak brachial-cheviy PWV (BAPWV) ant sante ak CADs.*P <0.01, **P <0.001, ak ***P <0.05.HTN, tansyon wo;CHD, maladi kè kardyovaskulèr;DM, dyabèt melitus.Kredi foto: Jin Yang, Chongqing University.
Pou kontwole siyal batman kè yo nan diferan pati nan kò imen an, nou tache dekorasyon mansyone pi wo a ak TATSAs nan pozisyon korespondan yo: kou (Fig. 4C1), ponyèt (Fig. 4D1), pwent dwèt (Fig. 4E1), ak cheviy (Fig. 4F1). ), jan yo elabore nan sinema S3 a S6.Nan medikaman, gen twa pwen karakteristik sibstansyèl nan vag batman kè a: pik nan vag la avanse P1, pik nan vag nan reflete P2, ak pik nan vag nan dicrotic P3.Karakteristik yo nan pwen karakteristik sa yo reflete eta sante nan elastisite atè, rezistans periferik, ak kontraktilite vantrikul gòch ki gen rapò ak sistèm nan kadyovaskilè.Ond batman kè yon fanm 25-zan nan kat pozisyon ki anwo yo te akeri epi anrejistre nan tès nou an.Remake byen ke twa pwen karakteristik yo distenge (P1 a P3) yo te obsève sou fòm vag batman kè a nan kou, ponyèt, ak pwent dwèt yo, jan yo montre nan Fig. 4 (C2 a E2).Kontrèman, sèlman P1 ak P3 parèt sou fòm vag batman kè a nan pozisyon cheviy la, ak P2 pa te prezan (Fig. 4F2).Rezilta sa a te koze pa sipèpozisyon vag san fèk ap rantre ki te ejecte pa vantrikul gòch la ak vag reflete ki soti nan branch pi ba yo (44).Etid anvan yo te montre ke P2 prezante nan ond mezire nan ekstremite anwo yo men se pa nan cheviy la (45, 46).Nou te obsève rezilta ki sanble nan fòm ond yo mezire ak TATSA a, jan yo montre nan fig.S21, ki montre done tipik ki soti nan popilasyon an nan 80 pasyan etidye isit la.Nou ka wè ke P2 pa t parèt nan fòm vag batman sa yo mezire nan cheviy la, ki demontre kapasite TATSA a pou detekte karakteristik sibtil nan fòm vag la.Rezilta mezi batman kè sa yo endike ke WMHMS nou an ka revele avèk presizyon karakteristik vag batman kè anwo ak pi ba kò a e ke li siperyè lòt travay (41, 47).Pou plis endike ke TATSA nou an ka lajman aplike nan diferan laj, nou mezire ond batman 80 matyè nan diferan laj, epi nou te montre kèk done tipik, jan yo montre nan fig.S22.Jan yo montre nan Fig. 4G, nou te chwazi twa patisipan ki gen laj 25, 45, ak 65 ane fin vye granmoun, ak twa pwen karakteristik yo te evidan pou patisipan yo jèn ak laj mwayen.Dapre literati medikal la (48), karakteristik sa yo nan fòm vag batman kè pifò moun yo chanje jan yo laj, tankou disparisyon nan pwen P2 la, ki se ki te koze pa vag la reflete deplase pi devan pou sipèpoze tèt li sou vag la avanse nan diminisyon nan. elastisite vaskilè.Fenomèn sa a reflete tou nan fòm ond ke nou kolekte, plis verifye ke TATSA a ka aplike nan popilasyon diferan.
Ond batman kè afekte pa sèlman eta fizyolojik moun nan men tou pa kondisyon tès yo.Se poutèt sa, nou mezire siyal batman kè yo anba sere kontak diferan ant TATSA a ak po a (figi S23) ak divès pozisyon detekte nan sit la mezire (figi S24).Li ka jwenn ke TATSA a ka jwenn fòm ond batman kè konsistan ak enfòmasyon detaye alantou veso a nan yon gwo zòn deteksyon efikas nan sit la mezire.Anplis de sa, gen siyal pwodiksyon diferan anba sere kontak diferan ant TATSA a ak po a.Anplis de sa, mouvman an nan moun ki mete detèktè yo ta afekte siyal batman kè yo.Lè ponyèt sijè a nan yon kondisyon estatik, anplitid fòm ond batman kè a jwenn ki estab (figi S25A);okontrè, lè ponyèt la ap deplase tou dousman nan yon ang ki soti nan -70 ° a 70 ° pandan 30 s, anplitid fòm vag batman an ap varye (fig. S25B).Sepandan, kontou chak fòm ond batman kè vizib, epi to batman kè a ka toujou jwenn avèk presizyon.Li evidan, reyalize akizisyon vag batman kè ki estab nan mouvman imen, plis travay ki gen ladan konsepsyon Capteur ak pwosesis siyal back-end bezwen fè rechèch.
Anplis de sa, pou analize ak evalye quantitatively kondisyon sistèm kadyovaskilè a atravè fòm vag batman kè yo akeri lè l sèvi avèk TATSA nou an, nou prezante de paramèt emodinamik dapre espesifikasyon evalyasyon sistèm kadyovaskilè a, sètadi, endèks ogmantasyon (AIx) ak vitès vag batman kè a. (PWV), ki reprezante Elastisite atè yo.Jan yo montre nan Fig. 4H, yo te itilize fòm ond batman kè a nan pozisyon ponyèt 25-zan gason an sante pou analiz AIx.Dapre fòmil la (seksyon S1), yo te jwenn AIx = 60%, ki se yon valè nòmal.Lè sa a, nou kolekte ansanm de fòm ond batman kè nan pozisyon bra ak cheviy patisipan sa a (metòd detaye pou mezire ond batman kè a dekri nan Materyèl ak Metòd).Jan yo montre nan Fig. 4I, pwen karakteristik de fòm ond batman yo te diferan.Lè sa a, nou kalkile PWV a dapre fòmil la (seksyon S1).Yo te jwenn PWV = 1363 cm / s, ki se yon valè karakteristik espere yon gason adilt ki an sante.Nan lòt men an, nou ka wè ke mezi AIx oswa PWV pa afekte pa diferans anplitid fòm vag batman kè a, ak valè AIx nan diferan pati nan kò yo divès kalite.Nan etid nou an, yo te itilize AIx radial la.Pou verifye aplikasyon WMHMS nan diferan moun, nou chwazi 20 patisipan yo nan gwoup ki an sante, 20 nan gwoup tansyon wo (HTN), 20 nan gwoup maladi kardyovaskulèr (CHD) ki gen laj ant 50 ak 59 ane, ak 20 nan gwoup la. gwoup dyabèt melitus (DM).Nou mezire onn batman yo epi konpare de paramèt yo, AIx ak PWV, jan yo prezante nan Fig. 4J.Li ka jwenn ke valè PWV nan gwoup HTN, CHD, ak DM yo te pi ba konpare ak gwoup ki an sante epi yo gen diferans estatistik (PHTN ≪ 0.001, PCHD ≪ 0.001, ak PDM ≪ 0.001; valè P yo te kalkile pa t. tès).Pandan se tan, valè AIx gwoup HTN ak CHD yo te pi ba konpare ak gwoup ki an sante epi yo gen diferans estatistik (PHTN <0.01, PCHD <0.001, ak PDM <0.05).PWV ak AIx nan patisipan yo ki gen CHD, HTN, oswa DM te pi wo pase sa yo ki nan gwoup la an sante.Rezilta yo montre ke TATSA a kapab byen jwenn fòm vag batman kè a pou kalkile paramèt kadyovaskilè a pou evalye estati sante kadyovaskilè.An konklizyon, akòz karakteristik san fil, wo rezolisyon, segondè sansiblite li yo ak konfò, WMHMS ki baze sou TATSA a bay yon altènatif pi efikas pou siveyans an tan reyèl pase ekipman medikal ki chè aktyèl yo itilize nan lopital yo.
Apa de vag batman kè a, enfòmasyon respiratwa se tou yon siy vital prensipal pou ede evalye kondisyon fizik yon moun.Siveyans respirasyon an ki baze sou TATSA nou an pi atiran pase polisonnografi konvansyonèl la paske li ka byen entegre nan rad pou pi bon konfò.Koud nan yon braslè pwatrin elastik blan, TATSA a te dirèkteman mare nan kò imen an epi li sekirize alantou pwatrin lan pou kontwole respirasyon (figi 5A ak fim S7).TATSA a defòme ak ekspansyon ak kontraksyon kòt la, sa ki lakòz yon pwodiksyon elektrik.Se fòm ond akeri a verifye nan Fig. 5B.Siyal la ak gwo fluctuations (yon anplitid 1.8 V) ak chanjman peryodik (yon frekans 0.5 Hz) koresponn ak mouvman respiratwa a.Siyal fluctuation relativman ti te superposée sou gwo fluctuation siyal sa a, ki te siyal batman kè a.Dapre karakteristik frekans respirasyon yo ak siyal batman kè yo, nou te itilize yon filtè pasaj ki ba 0.8 Hz ak yon filtè pasaj 0.8 a 20 Hz pou separe siyal respiratwa ak batman kè yo, respektivman, jan yo montre nan Figi 5C. .Nan ka sa a, siyal respiratwa ak batman kè ki estab ak enfòmasyon fizyolojik abondan (tankou to respiratwa, batman kè, ak pwen karakteristik nan vag batman kè a) yo te jwenn an menm tan ak presizyon nan tou senpleman mete TATSA a sèl sou pwatrin lan.
(A) Foto ki montre ekspozisyon TATSA a mete sou pwatrin lan pou mezire siyal la nan presyon ki asosye ak respirasyon an.(B) Konplo vòltaj-tan pou TATSA a monte sou pwatrin lan.(C) Dekonpozisyon siyal la (B) nan batman kè a ak fòm ond respiratwa a.(D) Foto ki montre de TATSA yo mete sou vant ak ponyèt pou mezire respirasyon ak batman, respektivman, pandan dòmi.(E) Siyal respiratwa ak batman yon patisipan ki an sante.HR, batman kè;BPM, bat pou chak minit.(F) Siyal respiratwa ak batman yon patisipan SAS.(G) Siyal respiratwa ak PTT yon patisipan ki an sante.(H) Siyal respiratwa ak PTT yon patisipan SAS.(I) Relasyon ant endèks eksitasyon PTT ak endèks apne-hypopnea (AHI).Kredi foto: Wenjing Fan, Chongqing University.
Pou pwouve ke Capteur nou an kapab byen kontwole batman kè ak siyal respiratwa, nou te fè yon eksperyans pou konpare rezilta mezi siyal batman kè ak respirasyon ant TATSA nou yo ak yon enstriman medikal estanda (MHM-6000B), jan sa te elabore nan fim S8. ak S9.Nan mezi vag batman kè, Capteur foto-elektrik enstriman medikal la te mete sou dwèt endèks gòch la nan yon jèn ti fi, epi pandan se tan, TATSA nou an te mete sou dwèt endèks dwat li.Soti nan de fòm ond batman yo akeri, nou ka wè ke kontou yo ak detay yo te idantik, ki endike ke batman an mezire pa TATSA a se osi egzak ke sa pa enstriman medikal la.Nan mezi vag respirasyon, senk elektwòd elektwokadografik yo te tache nan senk zòn sou kò a nan yon jèn gason dapre enstriksyon medikal la.Kontrèman, yon sèl TATSA te dirèkteman mare nan kò a epi li te sekirize alantou pwatrin lan.Soti nan siyal respiratwa yo kolekte, li ka wè ke tandans nan varyasyon ak pousantaj nan siyal respirasyon an detekte pa TATSA nou an te konsistan avèk sa pa enstriman medikal la.De eksperyans konparezon sa yo valide presizyon, fyab, ak senplisite nan sistèm detèktè nou an pou kontwole batman kè ak siyal respiratwa.
Anplis de sa, nou fabrike yon moso rad entelijan epi koud de TATSA nan pozisyon vant la ak ponyèt pou kontwole siyal respiratwa ak batman kè yo, respektivman.Espesyalman, yo te itilize yon WMHMS doub chanèl devlope pou pran siyal batman kè ak respiratwa an menm tan.Atravè sistèm sa a, nou te jwenn siyal respiratwa ak batman yon nonm 25-zan ki te abiye ak rad entelijan nou pandan n ap dòmi (figi 5D ak fim S10) epi chita (figi S26 ak fim S11).Siyal respiratwa ak batman yo te kapab transmèt san fil nan APP telefòn mobil lan.Kòm mansyone pi wo a, TATSA a gen kapasite pou pran siyal respiratwa ak batman kè.De siyal fizyolojik sa yo se kritè pou estime SAS medikalman.Se poutèt sa, TATSA nou an ka itilize tou pou kontwole ak evalye kalite dòmi ak maladi dòmi ki gen rapò.Jan yo montre nan Fig. 5 (E ak F, respektivman), nou kontinyèlman mezire ond batman kè ak respiratwa nan de patisipan, yon sèl ki an sante ak yon pasyan ki gen SAS.Pou moun ki pa gen apne, to respiratwa ak batman yo te mezire rete estab nan 15 ak 70, respektivman.Pou pasyan ki gen SAS, yo te obsève yon apne diferan pou 24 s, ki se yon endikasyon de yon evènman respiratwa obstriktif, ak batman kè a yon ti kras ogmante apre yon peryòd de apne akòz règleman an nan sistèm nève a (49).An rezime, TATSA nou an ka evalye eta respiratwa.
Pou plis evalye kalite SAS atravè siyal batman kè ak respiratwa, nou analize tan transpò batman kè (PTT), yon endikatè ki pa envazif ki reflete chanjman ki fèt nan rezistans vaskilè periferik ak presyon entratorakik (ki defini nan seksyon S1) yon nonm ki an sante ak yon pasyan ki gen. SAS.Pou patisipan an sante, to respiratwa a rete san okenn chanjman, ak PTT a te relativman estab soti nan 180 a 310 ms (Fig. 5G).Sepandan, pou patisipan SAS la, PTT a ogmante kontinyèlman soti nan 120 a 310 ms pandan apne (Fig. 5H).Kidonk, patisipan an te dyagnostike ak SAS obstriktif (OSAS).Si chanjman nan PTT diminye pandan apne a, lè sa a kondisyon an ta dwe detèmine kòm yon sendwòm apne dòmi santral (CSAS), epi si tou de nan de sentòm sa yo te egziste ansanm, Lè sa a, li ta dwe dyagnostike kòm yon SAS melanje (MSAS).Pou evalye gravite SAS, nou analize plis siyal yo kolekte.Endèks eksitasyon PTT, ki se kantite eksitasyon PTT pou chak èdtan (ekitasyon PTT defini kòm yon tonbe nan PTT nan ≥15 ms ki dire pou ≥3 s), jwe yon wòl enpòtan anpil nan evalye degre nan SAS.Endèks apne-ipopne (AHI) se yon estanda pou detèmine degre SAS (apne se sispann respire, ak ipopne se respire twò fon oswa yon to respiratwa anormalement ba), ki defini kòm kantite apne ak ipopne pou chak. èdtan pandan y ap dòmi (relasyon ki genyen ant AHI a ak kritè evalyasyon pou OSAS yo montre nan tablo S2).Pou mennen ankèt sou relasyon ki genyen ant AHI ak endèks eksitasyon PTT, yo te chwazi siyal respiratwa 20 pasyan ki gen SAS epi analize ak TATSA yo.Jan yo montre nan Fig. 5I, endèks eksitasyon PTT pozitivman korelasyon ak AHI a, kòm apne ak ipopne pandan dòmi lakòz elevasyon an evidan ak pasajè nan san presyon, ki mennen nan diminisyon nan PTT la.Se poutèt sa, TATSA nou an ka jwenn batman kè ki estab ak egzat ak siyal respiratwa ansanm, kidonk bay enfòmasyon fizyolojik enpòtan sou sistèm kadyovaskilè a ak SAS pou siveyans ak evalyasyon maladi ki gen rapò.
An rezime, nou devlope yon TATSA lè l sèvi avèk koud plen vès pou detekte diferan siyal fizyolojik ansanm.Capteur sa a te gen yon sansiblite segondè nan 7.84 mV Pa-1, tan repons rapid nan 20 ms, segondè estabilite nan plis pase 100,000 sik, ak lajè Pleasant frekans k ap travay.Sou baz TATSA a, yo te devlope yon WMHMS tou pou transmèt paramèt fizyolojik yo mezire nan yon telefòn mobil.TATSA ka enkòpore nan diferan sit nan rad pou konsepsyon ayestetik epi itilize yo ansanm kontwole batman kè yo ak siyal respiratwa nan tan reyèl.Yo ka aplike sistèm nan pou ede fè distenksyon ant moun ki an sante ak moun ki gen CAD oswa SAS akòz kapasite li pou pran enfòmasyon detaye.Etid sa a te bay yon apwòch konfòtab, efikas, ak zanmitay pou mezire batman kè moun ak respirasyon, ki reprezante yon avansman nan devlopman elektwonik tekstil portable.
Te asye pur la repete pase nan mwazi an ak lonje yo fòme yon fib ak yon dyamèt 10 μm.Yon fib asye pur kòm elektwòd la te antre nan plizyè moso nan fil komèsyal yon sèl-ply Terylene.
Yo te itilize yon dèlko fonksyon (Stanford DS345) ak yon anplifikatè (LabworkPa-13) pou bay yon siyal presyon sinusoidal.Yo te itilize yon Capteur fòs doub (Vernier Software & Technology LLC) pou mezire presyon ekstèn aplike nan TATSA la.Yo te itilize yon elektwomèt sistèm Keithley (Keithley 6514) pou kontwole ak anrejistre vòltaj pwodiksyon ak aktyèl TATSA la.
Dapre Metòd Tès AATCC 135-2017, nou itilize TATSA a ak ase ballast kòm yon chaj 1.8-kg ak Lè sa a, mete yo nan yon machin blanchi komèsyal (Labtex LBT-M6T) fè sik delika machin lave.Lè sa a, nou ranpli machin blanchi a ak 18 galon dlo nan 25 ° C epi mete machin pou lave a pou sik lave chwazi ak tan (vitès ajitasyon, 119 kou pa minit; tan lave, 6 min; vitès final la vire, 430 rpm; final la. vire tan, 3 min).Anfen, TATSA a te kwoke sèk nan yon lè toujou nan tanperati chanm ki pa pi wo pase 26 ° C.
Sijè yo te enstwi yo kouche nan yon pozisyon kouche sou kabann lan.Yo te mete TATSA a sou sit mezi yo.Yon fwa ke sijè yo te nan pozisyon estanda kouche, yo te kenbe yon eta konplètman rilaks pou 5 a 10 minit.Lè sa a, siyal batman kè a te kòmanse mezire.
Materyèl siplemantè pou atik sa a disponib nan https://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/11/eaay2840/DC1
Fig. S9.Rezilta simulation distribisyon fòs yon TATSA anba presyon aplike nan 0.2 kPa lè l sèvi avèk lojisyèl COMSOL la.
Fig. S10.Rezilta simulation distribisyon fòs yon inite kontak anba presyon yo aplike nan 0.2 ak 2 kPa, respektivman.
Fig. S11.Ranpli ilistrasyon chematik transfè chaj yon inite kontak anba kondisyon kout sikwi.
Fig. S13.Tensyon pwodiksyon kontinyèl ak aktyèl TATSA an repons a presyon ekstèn kontinyèlman aplike nan yon sik mezi.
Fig. S14.Repons vòltaj a divès kantite inite bouk nan menm zòn twal la lè w kenbe nimewo bouk la nan direksyon wale a san okenn chanjman.
Figi S15.Yon konparezon ant pèfòmans pwodiksyon de detèktè twal yo lè l sèvi avèk koud la plen vès ak koud plenn.
Fig. S16.Trase ki montre repons frekans nan presyon dinamik 1 kPa ak frekans antre presyon 3, 5, 7, 9, 10, 11, 13, 15, 18, ak 20 Hz.
Figi S25.Tensyon yo pwodiksyon nan Capteur a lè sijè a te nan kondisyon yo estatik ak mouvman.
Figi S26.Foto ki montre TATSA yo mete sou vant ak ponyèt an menm tan pou mezire respirasyon ak batman, respektivman.
Sa a se yon atik aksè ouvè ki distribye dapre kondisyon lisans Creative Commons Attribution-NonCommercial, ki pèmèt itilizasyon, distribisyon ak repwodiksyon nan nenpòt mwayen, toutotan itilizasyon rezilta a pa pou avantaj komèsyal epi depi travay orijinal la byen. site.
REMAK: Nou mande adrès imel ou sèlman pou moun w ap rekòmande paj la konnen ke ou te vle yo wè li, e ke se pa lapòs indésirable.Nou pa pran okenn adrès imel.
Pa Wenjing Fan, Qiang He, Keyu Meng, Xulong Tan, Zhihao Zhou, Gaoqiang Zhang, Jin Yang, Zhong Lin Wang
Yo te devlope yon Capteur triboelectric tout tekstil ak sansiblite presyon wo ak konfò pou siveyans sante.
Pa Wenjing Fan, Qiang He, Keyu Meng, Xulong Tan, Zhihao Zhou, Gaoqiang Zhang, Jin Yang, Zhong Lin Wang
Yo te devlope yon Capteur triboelectric tout tekstil ak sansiblite presyon wo ak konfò pou siveyans sante.
© 2020 Asosyasyon Ameriken pou Avansman Syans.Tout dwa rezève.AAAS se yon patnè HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ak COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.
Tan poste: Mar-27-2020