基于纳米材料的无线传感器可实时监测压力损伤和卫生风险

摘要：基于纳米材料的无线传感器可实时监测压力损伤和卫生风险

国家科学技术研究委员会

一个研究团队共同开发了一种基于纳米材料的“无线多传感平台”，用于早期检测压力性损伤。压力性损伤在行动不便的人群（包括老年人和残疾人）中发病率较高。该团队的研究成果发表在《先进功能材料》杂志上。

压力性损伤是长期护理和康复机构中老年人和残疾人最痛苦的疾病之一。它们是由持续的压力损伤皮肤组织造成的，因此定期调整体位和细致的卫生护理至关重要。

尤其对于行动不便的患者来说，接触尿液和粪便等生物污染物会进一步刺激受损的皮肤，加重伤势。然而，在医院环境中，由于护理人员或工作人员的短缺，实时监测患者病情变得极为困难。

目前，传感器可以贴在患者的皮肤上，但大多数都是仅能测量压力的单一设备。此外，依赖小容量电池或有线电源，给医院环境中的实际使用带来了重大挑战。

为了解决这些问题，由韩国电工技术研究院 (KERI) 的 Myungwoo Choi 博士领导的团队与韩国化学技术研究院 (KRICT) 的 Donghwi Cho 博士和昌原国立大学 (CWNU) 的 Yong Suk Oh 教授合作，开发了一个传感平台，该平台能够检测多种生理信号，包括压力、温度和 NH₃ 气体（氨），同时可通过无线电力传输方便地操作。

该技术利用一种名为硫化铜（CuS）的纳米材料，具有优异的抗菌和杀菌性能。

它不仅可以选择性检测尿液和粪便等生物污染物释放的 NH₃ 气体，而且还有助于预防皮肤感染和改善卫生。

Choi 博士的团队通过将 CuS 表面设计成三维多孔结构来最大限度地提高传感器的效率，使其能够快速检测出肉眼难以看到的少量痕量生物污染物中的 NH₃ 气体。

该技术的另一个优势是与传统的昂贵传感器相比具有强大的成本竞争力。

研究团队与韩国化学技术研究院合作，通过将商用铜模（泡沫铜）浸入硫（S）溶液中，成功实现了低成本批量生产硫化铜。与现有方法相比，这种简单的方法将传感器材料的单位成本降低了17倍以上。

此外，该团队与昌原国立大学合作，采用了一种无线电力传输方法，其中传感器通过从附近的设备（例如智能手机或 NFC 阅读器）接收电力来运行。

为了无线测量各种生物信号，研究人员精心设计了每个传感器的物理和电气结构，以最大限度地减少压力和气体变化引起的信号干扰。他们还独立开发了电路设计和无线通信算法，以实现清晰稳定的信号采集。

因此，传感器只需贴在皮肤上即可自动监测患者的状况，而无需依赖容量有限的电池或长电线。

最后，研究团队在金海韩松康复医院的合作下，通过将传感器安装在包括偏瘫患者在内的五名患者身上，证明了该技术的临床可行性。

在医院环境中，护士和护理人员可以使用智能手机、笔记本电脑或平板电脑实时监测患者的皮肤状况，有助于早期预防压力性损伤，并大大提高患者护理的工作效率。

崔博士表示：“我们开发出一种高效材料，可以在室温下选择性地检测人体排出的气体中的氨，而无需外部能源，这标志着这种材料在世界上首次应用于无线传感器平台。”

他补充道：“这是学术界、研究机构和医院之间成功合作的一个真正有意义的例子。”