睡眠是人類重要的生理活動，良好的睡眠狀態(tài)是保證人們生活質(zhì)量和工作效率的重要因素。近年來，隨著人們的健康意識日益提高，對常見的睡眠障礙的監(jiān)控更加迫切。據(jù)統(tǒng)計，全球約有5%以上的人患有呼吸暫停綜合癥，這是一種睡眠時發(fā)生呼吸暫停的慢性疾病。睡眠中常見的打鼾、呼吸暫停以及引起的肢體多動是其主要表現(xiàn)。其患病人群呈低齡化，并且不斷擴大。目前臨床主要是利用多導(dǎo)睡眠監(jiān)測系統(tǒng)進行診斷。通過監(jiān)測睡眠時的腦電、眼動、肌電、體動、呼吸、脈搏等，進行睡眠生理參數(shù)分析。要實現(xiàn)靈敏、多元、實時地監(jiān)測和記錄，目前需要極其龐大和繁雜的設(shè)備，并且需要多個驅(qū)動電源來維持連續(xù)、實時的監(jiān)測。這不僅給患者的睡眠舒適度和醫(yī)護人員的操作與維護帶來了不便，而且首次效應(yīng)也會影響其監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性�！�
針對上述問題，中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究員孫春文和王中林課題組副研究員宋衛(wèi)星等人研制出一種靈敏的基于摩擦納米發(fā)電機的肢體運動傳感器。其納米柱狀陣列大大提高了器件的監(jiān)測靈敏度，睡眠中的肢體運動引起器件內(nèi)摩擦層的相對運動，從而產(chǎn)生了高達幾十伏的電壓輸出信號，可以實時收集和記錄運動時間和次數(shù)。該運動傳感器首次采用具有多層結(jié)構(gòu)的鋁塑膜材料利用熱鑄工藝制備，材料柔軟且耐磨性好，并且具有良好的防水和耐酸堿的性能。器件在使用中無需額外的外部電源驅(qū)動，因此設(shè)備小巧、簡單、易于操作。睡眠中的翻身運動、肢體運動等都可以通過收集器件的電信號進行監(jiān)測。設(shè)備具有便攜、操作簡單等特點，方便患者在家診斷。更為重要的是，可以通過無線傳輸模式和網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)信息傳送到醫(yī)院診療中心、急救中心或者醫(yī)療數(shù)據(jù)庫中，方便醫(yī)生的遠(yuǎn)程監(jiān)控和會診。
接下來，課題組將進一步設(shè)計和研制用于監(jiān)測眼動、呼吸、脈搏等行為的自驅(qū)動傳感器，收集各項睡眠生理參數(shù)，完善自驅(qū)動的人體睡眠監(jiān)測系統(tǒng)，有望在移動健康領(lǐng)域發(fā)揮其獨特作用。相關(guān)成果近日發(fā)表在ACS Nano上。
圖1 (a) 摩擦納米發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；(b) 睡眠監(jiān)測過程中翻身引起的傳感器電壓隨時間的變化；(c) 實現(xiàn)移動健康監(jiān)測的設(shè)計方案。
