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力学与土木建筑学院秦卫阳、于庆民教授团队在生物传感领域顶级期刊发表长篇综述

发布时间:2020/09/16   作者:   点击:[]

2020年08月29日,生物传感领域顶级期刊《Biosensors and Bioelectronics》(中科院大类一区,Top期刊,影响因子:10.257)在线发表了题为“Stretchable piezoelectric energy harvesters and self-powered sensors for wearable and implantable devices”的研究综述论文。该成果为西北工业大学力学与土木建筑学院秦卫阳教授、于庆民教授团队与美国宾夕法尼亚州立大学程寰宇助理教授、廖亚斌助理教授团队和浙江工业大学吴化平教授团队在可延展柔性压电能量收集与传感器件方面的合作研究成果。该论文第一作者为西北工业大学力学与土木建筑学院2017级力学专业博士生周红磊,西北工业大学于庆民教授和美国宾夕法尼亚州立大学廖亚斌助理教授、程寰宇助理教授为该论文共同通讯作者。该研究成果获得了包括中国国家自然科学基金、美国国家自然科学基金、美国化学学会研究基金等项目的资助。

可延展压电材料和结构及其在可穿戴和可植入式医疗电子器件中的应用

近年来,可穿戴和植入式医疗电子器件得到了快速的发展,实现了血压、血糖、心率等关键生理参数的实时不间断测量,这为精准数字医疗和远程医疗技术的进步提供了保障。对于这些医疗器件而言,除了体积小、重量轻等特点外,器件的可延展性和电能供应是使得这些器件成功应用于医疗领域的关键所在。然而,传统电池的大体积和有限寿命等是制约用户体验、器件性能和长时间持续工作的主要瓶颈。针对这一现状,开发具有较高压电系数且可延展的压电材料,并与可延展柔性结构设计结合制备出用于收集人体活动等低频机械能的可穿戴和可植入式柔性压电能量收集器件具有广阔的应用前景。

该论文一方面系统介绍了新型可延展压电材料(包括有机压电聚合物、压电复合材料、3D压电泡沫材料等)的最新研究进展,比较了各种压电材料的压电和可延展性能;另一方面系统介绍了可延展结构(包括薄膜屈曲结构、蛇形导线结构、剪纸结构和编织结构等)的最新进展及与压电材料结合的相关应用。最后,系统地介绍了基于可延展压电材料和可延展结构的压电能量收集器件和自供电压电传感器件的最新研究进展,及其在可穿戴和可植入式医疗电子器件中的应用(见图)。讨论了可延展压电材料和结构及其在自供电可穿戴和可植入式医疗器件中的应用方面所面临的机遇和挑战。

基于此,在后续的研究工作中,该团队将进一步致力于开发具有更高延展性、更高压电效率的新型柔性可延展压电能量收集和自供电压电传感器件。研究成果将有助于实现对可穿戴和可植入式医疗电子器件的不间断电能供应,同时实现血压、心率等关键生理参数的实时、持续、精准测量,助力柔性医疗器件和精准数字医疗技术的快速发展。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112569

第一作者简介

周红磊,西北工业大学力学与土木建筑学院2017级博士研究生,2019年获得国家建设高水平大学公派研究生项目的资助赴美国宾夕法尼亚州立大学进行联合培养,主要研究方向为柔性电子器件力学、可延展压电器件及柔性微带天线的结构设计与制备。自攻读博士学位以来,连续获得西北工业大学一等学业奖学金、优秀研究生、吴亚军奖学金等荣誉称号。以第一作者在International Journal of Solids and Structures,Extreme Mechanics Letters等力学领域知名期刊发表论文4篇,以主要作者身份在Journal of Applied Mechanics,Journal of Physics D: Applied Physics等期刊发表论文6篇,近5年来论文被引总量90余次。作为共同第一作者与韩国高丽大学(Korea University)合作的关于“Expandable and Implantable Bioelectronic Complex for Analyzing and Regulating Real-time Activity of the Urinary Bladder”的研究工作投稿至国际知名综合性期刊《Science Advances》并于近日二审修回。

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