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奈米測溫貼片高精準描繪體表溫度

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美國研究人員利用奈米感知器陣列製作出第一個可撓穿戴式溫度計。根據該研究團隊,此具高靈敏度的貼片狀裝置可測得體表皮膚溫度僅數mK的變化,未來可望使用於醫療院所或居家環境。

伊利諾大學厄巴納香檳分校(UIUC) John Rogers研究團隊製作出兩種類型的測溫元件。第一種感應器陣列包含長20 µm寬20 nm的金箔片,藉由其電阻值變化觀察溫度,製作上採用了標準微影製程技術。第二種裝置則由複用(multiplexed)感應器陣列所構成,感應器基於圖案化摻雜的矽奈米薄膜二極體,並利用二極體開啟電壓(turn-on voltage)的變化來量測溫度的改變。相同的是,兩種元件都沉積於具彈性的聚酰亞胺(polyimide)塑膠薄膜上。此積體感應器的柔軟度、厚度以及密度等物理性質接近人體皮膚,因此,病患幾乎感受不到穿戴於身上的溫度計。除此之外,此附著於皮膚上的貼片溫度計可承受捏擰或扭轉並且不至造成損傷。裝置由感應器節點陣列構成,每一陣列皆能量測局部溫度達mK的準確度。

如此高靈敏度可用來觀察血流內熱量如何流動以及舒張與收縮時血管中溫度的改變。這些測量能提供大量關於心血管健康狀況的資訊。尤有甚者,通入電流流經這些感應器能產生焦耳熱(Joule heating),並能將此熱量施加於皮膚上。同步監控溫度可使研究人員測量出皮膚的熱導率,接著藉此推算皮膚含水量。此外加熱能也可能用來在某些情形下幫助傷口復原。

由於元件被包覆於聚酰亞胺塑膠微米級厚的夾層中,感應器陣列能抵抗濕氣並為電性絕緣。這代表著即使病人發燒或大量出汗時,仍不影響體溫量測。就靈敏度和繪製皮膚溫度分佈的能力而言,此裝置效能可比擬今日常見於醫療院所的熱感應相機,並且具有價格低廉與體積輕薄的優勢。對於穿戴此測溫貼片的病患,不僅其行為活動不受影響,而且在進行溫度測量時也無須維持靜止。

Rogers表示,目前此裝置須仰賴外部電源供應動力,倘若未來能把電源直接整合入感應器陣列中,譬如使用可伸縮電池、超級電容以及其他儲能元件等,將非常適合許多不同的應用,可供醫療場所或一般住家使用。該團隊目前正著手測試病人實際配戴該測溫貼片時的效果及情形,同一時間並積極開發完全無須使用線路的元件。詳見Nature Materials|doi:10.1038/nmat3755

轉載自 奈米科學網 

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