西安交大《npj-柔性电子》：石墨烯激光剪纸制备智能球传感器，用于特定人群握力监测

1成果简介 

　　握力是人体健康监测中的重要指标,其强弱可反映心脏与大脑的健康状况,对于中风等脊髓损伤患者的康复和治疗有积极指导意义。但是,现有商业握力器未充分考虑特殊人群(如婴儿、病人)的需求。本文，西安交通大学张兄文 、徐峰教授团队等在《npj-柔性电子》期刊发表名为“A smart ball sensor fabricated by laser kirigami of graphene for personalized long-term grip strength monitoring”的论文，研究通过石墨烯的激光剪纸开发了一种智能球传感器，用于个性化握力监测。为了实现空间的合理利用，在球体传感器的中心安装了一个嵌入所有电子配件的透明药丸外壳，表面有一个由石墨烯激光剪纸制成的螺旋感应单元。

　　此外，使用有限元分析 (FEA) 评估了手和球之间的接触面积对握力的影响，然后在结果读数中加以考虑。握力可以通过手机以无线方式连续读取。智能球传感器在体外针对患病和健康受试者的金标准方法表现出高性能。这将是一个强大的工具，可以对握力进行个性化的长期监测，特别适用于婴儿等特定人群，并且对握力足够敏感。

2图文导读  

图1：石墨烯激光剪纸制造的智能球传感器示意图，用于个性化长期监测小握力。

图2：通过激光还原制造的基于石墨烯的应变传感单元。

图3：基于3D石墨烯的螺旋传感器的拉伸测试。

图4：握力监测的性能和机制。

图5：考虑与不考虑3D接触面积的握力精度比较。

图6：成人的握力验证。

图7：儿童的握力验证。

3小结 

　　总之，本文提出了一种由石墨烯激光剪纸制造的智能球传感器，用于对握力进行个性化的长期监测。受鸡蛋结构组成的启发，智能球传感器有一个透明的药丸外壳，所有电子配件都嵌入球的中间，两个基于石墨烯的螺旋传感单元在柔软的弹性球底座上，实现了全集成设计。是一种价格低廉、便携且小型化的握持装置，可在无线传输中长期监测握持强度，并通过手机读出以实现个性化的健康管理。更重要的是，首次考虑了手与球的接触面积对握力的影响。最后，对智能球传感器和患病和健康受试者的金标准方法进行了验证，以评估其对握力进行个性化长期监测的潜力。智能球传感器价格低廉、便携且小型化，可用于个性化的握力监测，特别是对于特定人群，例如对于婴儿来说足够小，对于小握力人群来说足够敏感。

文献：

https://www.nature.com/articles/s41528-022-00156-w

信息来源：公众号【材料分析与应用】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。