3D打印磁性空氣壓力傳感器：實現(xiàn)持續(xù)呼吸監(jiān)測與康復

導讀

便攜式檢測技術的快速發(fā)展使得許多患有慢性呼吸系統(tǒng)疾病的患者能夠及時進行診斷、監(jiān)測和治療。目前，最大的挑戰(zhàn)在于進一步優(yōu)化測試設備，以提升功能多樣性、效率和性能，并且更好地滿足患者的特定需求。考慮到慢性呼吸系統(tǒng)疾病患者可能存在呼吸困難的情況，我們開發(fā)了一種呼吸傳感器，專注于低氣壓范圍內(nèi)的敏感度。與簡單的氣流數(shù)據(jù)不同，該傳感器利用基于磁性的壓力傳感器輸出呼吸氣壓。這種非傳統(tǒng)但高度可靠的方法，結合傳感器簡單的3D打印設計，提供了廣泛的可調(diào)性和功能性。憑借其出色的敏感性、顯著的吸氣和呼氣區(qū)分能力，以及完全可重現(xiàn)和便捷的設計，我們相信這種呼吸傳感器將為開發(fā)生物醫(yī)學領域內(nèi)的多模態(tài)和多功能呼吸傳感器鋪平道路。

文章簡介

當今世界上一些最嚴重和普遍的疾病之一與肺部有關。這些疾病通常被定義為慢性呼吸系統(tǒng)疾?。–RDs），包括慢性阻塞性肺疾?。–OPD）、哮喘、職業(yè)性肺病和肺動脈高壓。通常，這些疾病的診斷需要專用工具，如肺功能儀，它們可以根據(jù)氣量和流速來分析量化肺部功能。然而，除了診斷目的外，治療這些疾病的生物醫(yī)學設備的另一個重要功能是在患者日常生活中持續(xù)監(jiān)測其健康狀況，其中通常使用簡單但堅固的設備，如氣流傳感器或呼吸傳感器。由于呼吸病毒的迅速出現(xiàn)，包括最近的COVID-19大流行，這些監(jiān)測設備現(xiàn)在需求日益增加。

圖1呼吸傳感器的設計及工作機制

圖2PHMR傳感器工作機制及PHE表征

圖3完全組裝的呼吸傳感器的特性

圖4呼吸傳感器的演示、應用與功能化

展望

本項工作開發(fā)了一種使用穩(wěn)健的磁性PHMR傳感器作為主要感應機制的3D打印呼吸傳感器，能夠檢測和區(qū)分吸氣和呼氣的氣壓變化。當呼吸氣流進入時，由于PDMS薄膜內(nèi)嵌磁鐵的運動引起磁場變化，進而激發(fā)PHMR傳感器輸出電壓的變化。多位志愿者進行了多次呼吸示范，展示了傳感器測量的多樣化呼吸模式。除了正常呼吸外，還展示了運動和冥想狀態(tài)下的呼吸示范。為了適應深呼吸的更高壓力范圍，通過改變PDMS膜的厚度對傳感器進行了修改?？梢赃M一步修改以擴展傳感器的功能。為了驗證這一點，引入了IMT設備，通過在傳感器主體上添加幾個額外的組件。這種呼吸傳感器設計具有高度的適應性和可修改性，允許廣泛的功能和設計應用。