AFM：全纺织纤维柔性湿度传感人体呼吸监测智能口罩

随着柔性电子科技的快速发展，人们对智能纺织品的需求也日益增加。无论从需求推动产品还是从产品推动需求的角度而言，纺织品正朝着智能化的方向大步迈进，能实现实时监测人体的生理、健康状态等生命体征信息的智能纺织品的研究与日俱增，作为智能纺织品中的重要组成部分，能对人体健康信息进行检测的智能口罩将为人体健康实时监测和突发健康状况警报等大数据采集、传递和分析等方面提供有效载体。

目前大众熟知的智能可穿戴产品大多集中在智能手环、智能眼镜等硬质集成电子器件，此类产品非真正的智能织品，也对人体信号采集的区域有一定局限性。考虑到人们的生活习惯，真正地将最新柔性电子，与纺织品有机地结合起来，实现隐形、舒适、与织物一体化，才是柔性电子产品的大趋势。因此智能纺织品就可作为未来可穿戴领域的有效载体。智能纺织材料与器件是智能可穿戴领域的典型代表，该领域研究引起了学者的广泛关注。智能纺织材料可经由纤维、纱线、织物层层递进，有序与无序的组合形成。纺织材料具有许多特性，如柔性和透气性等，所构成的器件易于收集人体各类生理信号，且可通过与人工智能、大数据以及物联网等多种技术的相互交叉，进一步推动其迅速发展。

图1. 智能口罩、纤维传感器和传感器响应（PCN2182482 一种可实时检测呼吸信号的口罩 201822091356.7 刘向阳）。

厦门大学刘向阳团队以“Full‐Textile Wireless Flexible Humidity Sensor for Human Physiological Monitoring”为题在Advanced Functional Materials(DOI:10.1002/adfm.201904549)上发表论文，第一作者为博士生马丽芸，通讯作者为汪军，林乃波和刘向阳教授。论文利用可规模化生产的全纤维湿度传感器件，制备了可检测呼吸信号的智能口罩。该专利技术的传感器，利用了水蒸汽对介电常数的影响，并采用了纤维快速凝聚与蒸发系统以及纤维微导流技术，对于人们呼吸活动中的幅度与频率、咳嗽、哮喘、呼吸暂停，进行实时直接的监测，产生的传感信号，可通过纺织基无线无源方式的与信号探测系统连接，也可将信号发射给采集模块，形成信号收集、传送、分析的一体化系统。可准确采集人体呼吸信号，对呼吸骤停等状况进行，实时远程监测。

图2. 智能纤维湿度传感器人体呼吸实时监测的应用。（a）正常呼吸条件下的呼吸信号。 （b）一个呼吸循环的放大信号。 （c）LC无线监测湿度传感器系统的实物图。（d）人体呼吸条件下LC测试系统的模拟S11回波损耗。

在传染性极强的新冠状肺炎以及流感流行的情况下，如何对呼吸道病人的病情，进行实时、远程、长时间非接触式的人工智能监测，判断病情的发展，实现远程诊断。对于医疗资源稀缺的地区，能大大改善医疗资源不足。同时，在病床与监护设备不足的情况下，实现分散式看护，解决在突发状况下，硬件与医护人员的欠缺的问题，并在吸吸传染性疾病情况下，减少医护人员受感染的风险，增加对其的保护，有着重要的意义。

对于未来监测人体其他信号的智能织物而言，该功能性纱线湿度传感器是智能纺织品的优异候选者，其具有良好的性能和广泛的应用可能性，提供了一种简便且可产业化的制备方法。无线无源的特点适用于织物特性，适用于检测人体生理信号。该工作的智能口罩易于收集人体的生理信号，将对推进人类智慧医疗等新型生活方式起到重要的推进作用。