硬度传感器的传感原理及制备工艺

硬皮病一种以自身免疫、血管病以及纤维化为特征的罕见结缔组织病，皮肤硬化是其主要的特点。皮肤硬化程度与患者肺纤维化、疗效和预后评价密切相关。但皮肤硬度检测是一个世界性难题，临床上缺乏皮肤硬度检测的客观方法。目前国内外仍以触诊的方法判断皮肤的硬度，该方式主观性强、不能定量、无法捕捉微细的变化、观察者内部及观察者间变异大等不足。

近日，复旦大学附属中山医院皮肤科杨骥主任团队联合复旦大学微电子学院卢红亮教授团队为解决这一科学难题，联合开发了一款基于柔性电子技术的皮肤硬度检测传感器，并在硬皮病患者中验证了其评估皮肤硬度的客观性、敏感性和便捷性。研究成果以发表于Nano energy。复旦大学附属中山医院皮肤科杨骥主任与复旦大学微电子学院卢红亮教授为共同通讯作者，刘梦洋博士研究生与王修远医师为共同第一作者。

柔性电子传感技术融合了材料科学、微电子学和生物科学等，广泛地应用于人机交互，软体机器人和健康监测中，是人工智能、精准医疗战略前沿的先导和基础。智能化、微型化、低功耗、高灵敏度和高可靠性是柔性电子传感器件的特点。基于此技术，研究团队研发了一款用于检测皮肤弹性和硬度的传感器，其具有体积小、可拉伸，易贴合的特点，更适用于人体皮肤的复杂状况。该硬度传感器集成了基于聚二甲基硅氧烷材料的应变传感器和压力传感器，在外力下硬度传感器可随着接触材料变形而变形。

其中，应变传感器基于银纳米线/碳纳米管复合材料，展示出了优异的动态响应和稳定性；压力传感器使用油包水型乳浊液制备而成，表现出了可拉伸压力传感特性和经受15000压力循环的超高稳定性。硬度传感器以压力和应变传感器的输出比值作为输出，用以定量评估被测物体。它可以分辨出不同杨氏模量的聚合物。将硬度传感器粘贴于手背，前臂和上臂等处，可定量评估出硬皮病患者和健康人不同部位皮肤的弹性和硬度。

皮肤硬度的评估对于硬皮病患者言意义重大，可更加灵敏且特异的评估患者皮肤硬度的改变，从而科学客观评判硬皮病治疗效果和预后。该方法也可推广应用于广泛的健康人群皮肤弹性的判断，具有广阔的临床和市场应用前景。后续将对硬度传感器进行功能迭代，融合医学及新兴工业技术，丰富传感器功能使其满足更多应用场景。该研究通过医工联合攻关的方式，在皮肤弹性和硬度智能检测方面向前迈进了一步。

本研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金、上海科技创新行动计划、复旦大学卓学计划和上海市人才发展基金等的资助，以及专用集成电路与系统国家重点实验室的支持。

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