Nouveau capteur piézorésistif à fil double hélice pour la surveillance du pouls

Nouveau capteur piézorésistif à fil double hélice pour la surveillance du pouls

La figure A montre une technique de tissage courante. La figure B montre le fil à double hélice adopté par l’équipe du professeur Hu (l’illustration en bas à droite montre la structure de l’ADN). La figure C montre la fibre avec une structure cœur-gaine. Les images numérisées au microscope électronique des figures DF montrent la morphologie de surface du tissu correspondant. La figure G montre la conception du capteur piézorésistif à base de textile par l’équipe du professeur Hu. La figure H montre la flexibilité suprême du capteur textile. La figure I montre que le capteur textile peut être assemblé sur ruban. Crédit: Matériaux avancés (2021). DOI : 10.1002/adma.202104313

Les textiles tissés avec du fil sont utilisés dans le diagnostic médical à distance avec une technologie de détection électronique intelligente. Cependant, les signaux incohérents dérivés sont l’un des problèmes qui restent à résoudre. Une recherche menée par un universitaire de la City University of Hong Kong (CityU) s’est inspirée de la structure de l’ADN et a découvert que les textiles tissés avec une structure en double hélice peuvent aider à surmonter ledit défi. L’équipe a développé un capteur piézorésistif flexible pour détecter le pouls humain. Le capteur répond rapidement, récupère rapidement après avoir été pressé et son signal est stable. L’équipe s’attend à ce que le capteur puisse être introduit sur le marché croissant de la médecine et des soins de santé.

L’équipe de recherche est dirigée par le professeur Hu Jinlian, professeur du département de génie biomédical et directeur du laboratoire de matériaux portables pour les soins de santé de CityU. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue académique Matériaux avancés sous le titre “Capteurs piézorésistifs flexibles à réponse/récupération ultrarapides avec des fils à double hélice de type ADN pour la surveillance du pouls épidermique”.

Atténuation de l’hystérésis par modification structurelle des fils

“Les capteurs à base de textile présentent de multiples avantages, tels que la flexibilité, l’extensibilité et la respirabilité, ils sont donc utilisés pour fabriquer des capteurs piézorésistifs flexibles”, a déclaré le professeur Hu. Cependant, les capteurs textiles ont généralement une hystérésis, ce qui signifie qu’il serait difficile pour les capteurs de récupérer une fois qu’ils ont changé de forme. De plus, les signaux dérivés des capteurs textiles généraux sont incohérents, de sorte que les mesures résultantes sont souvent non répétables, ce qui entrave leur application.

Pour résoudre le problème de l’hystérésis, une stratégie classique consiste à intégrer des polymères élastiques dans le textile. Au lieu de cela, l’équipe du professeur Hu a commencé par la structure du fil lui-même. Ils ont fabriqué des fils avec une structure en double hélice similaire à celle de l’ADN, puis ont fabriqué des tissus en tordant deux morceaux de fils ensemble. “Cette méthode tord habilement deux morceaux de fil en un seul, ce qui donne une force de liaison stable entre les deux morceaux de fil, de sorte que le tissu ne se détache pas et puisse se rétablir rapidement lorsqu’il est déformé”, a expliqué le professeur Hu.






L’équipe a utilisé un dispositif piézorésistif flexible à base de textile pour détecter le pouls épidermique au poignet. Crédit : Université de la ville de Hong Kong

Capteur piézorésistif flexible à base de textile pour détecter le pouls épidermique

Le professeur Hu a souligné que la principale raison de l’hystérésis des capteurs textiles généraux est qu’une fois le fil comprimé et déformé, le fil ne peut pas récupérer après le frottement mutuel. Cependant, le fil fabriqué par son équipe adopte la structure en double hélice, qui resserre étroitement les fils et réduit le glissement causé par le frottement, de manière à atténuer l’hystérésis.

Sur cette base, l’équipe a développé un capteur piézorésistif flexible à base de textile avec une capacité de réponse et de récupération ultrarapide, qui a été utilisé dans l’expérience de surveillance du pouls épidermique.

Le capteur piézorésistif flexible à base de textile développé par l’équipe se compose de cinq couches. Le tissu de la couche intermédiaire, qui était tissé à partir de fil à structure en double hélice, a été placé sur une couche d’électrode et la couche inférieure de substrat en polyimide (PI). Les chercheurs ont ensuite scellé les trois couches avec du gel et recouvert la surface supérieure d’une couche de film de polyéthylène naphtalate (PEN).

Après la mise sous tension du capteur piézorésistif flexible à base de textile, le tissu sur la couche d’électrode déformée par les battements d’impulsions épidermiques générera une résistance et dérivera différents signaux en fonction du changement d’impulsion. Les expériences de l’équipe ont confirmé que le capteur piézorésistif flexible à base de textile peut détecter le pouls épidermique sur le cou et le poignet, et que les signaux du pouls du poignet surveillés avant et après l’exercice sont différents. De plus, les signaux de pouls du poignet recueillis auprès de femmes et d’hommes normaux diagnostiqués avec une bradycardie sinusale étaient également significativement différents.

Nouveau capteur piézorésistif à fil double hélice pour la surveillance du pouls

Comparé à d’autres capteurs textiles à fil simple (ci-dessus), le capteur à structure de fil à double hélice (ci-dessous) produit par l’équipe du professeur Hu produit des signaux très cohérents. Crédit: Matériaux avancés

Temps de réponse et de récupération ultrarapide

“Par rapport à d’autres capteurs textiles, notre appareil a une sensibilité supérieure. Il peut détecter la pression d’un grain pesant seulement neuf milligrammes. De plus, le capteur répond si rapidement qu’il peut générer un signal en seulement deux millisecondes (ms), et il prend juste une milliseconde pour récupérer après la presse d’un battement de pouls », a commenté le professeur Hu. Le capteur piézorésistif flexible à base de textile a été testé et s’est avéré durable et peut être réutilisé 6 000 fois tout en conservant 95 % de ses performances initiales. « Plus important encore, nous avons résolu le problème de l’hystérésis des capteurs textiles généraux. Les résultats expérimentaux montrent que le capteur dérive des signaux cohérents et démontre des performances excellentes et équilibrées dans tous les aspects », a conclu le professeur Hu.

Nouveau capteur piézorésistif à fil double hélice pour la surveillance du pouls

Cette figure montre l’application potentielle des capteurs textiles dans la médecine traditionnelle chinoise. L’équipe a placé un ensemble de capteurs sur les positions « cun », « guan » et « chi » que les médecins traditionnels chinois toucheraient lorsqu’ils détecteraient le pouls du patient. Crédit: Matériaux avancés

Le professeur Hu a décrit cet ensemble de nouveaux capteurs piézorésistifs flexibles à base de textile comme une innovation dans la technologie de détection du pouls épidermique. Il peut être assemblé de manière flexible sur des appareils portables et contribuer à promouvoir la modernisation de la palpation du pouls dans la médecine traditionnelle chinoise.


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Plus d’information:
Jianming Chen et al, Capteurs piézorésistifs flexibles à réponse/récupération ultrarapides avec des fils à double hélice de type ADN pour la surveillance du pouls épidermique, Matériaux avancés (2021). DOI : 10.1002/adma.202104313

Fourni par l’Université de la ville de Hong Kong

Citation: Nouveau capteur piézorésistif à double hélice pour la surveillance du pouls (2022, 22 mars) récupéré le 22 mars 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-03-helix-yarn-piezoresistive-sensor-pulse.html

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