拉扭复合传感器

基于手势识别技术的可穿戴柔性电子设备在医疗健康、机器人技术、人机交互和人工智能等领域颇具应用前景。研制性能优异的柔性应变传感器是实现高性能可穿戴设备应用的重要基础。感器的灵敏度决定可穿戴设备的感知精度，而在过载、瞬时冲击、多次循环弯曲/扭折等条件下的机械鲁棒性将影响可穿戴设备实际应用环境条件下的长期可靠服役。截至目前，采用简单方法制备兼具高灵敏度和机械鲁棒性的柔性应变传感材料颇具挑战性。如何将基础研究所获得的高性能柔性应变传感器推广应用到人机交互系统等实际应用场景中，将会为此类器件的研发提供全新思路。 　　近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心薄膜与微尺度材料及力学性能研究团队，在前期柔性基体金属薄膜力学行为研究的基础上，基于柔性器件传感的力学原理，提出将裂纹类传感器的传感机制引入高机械鲁棒性蛇形曲流结构中，通过对传感层进行巧妙的高/低电阻区调控实现高灵敏度传感的学术思想，研制出灵敏度与裂纹类传感器相当(GF 1000)且机械鲁棒性优异的柔性应变传感器。该传感器在过载、冲击、水下浸泡、高/低温等严苛环境条件的作用下表现出优异的循环稳定性，稳定响应周次达10000周。同时，该传感器具有响应和回复时间快( 58 ms)、滞后性低等优势。 　　该团队将传感器进一步集成到自主设计的无线可穿戴人机交互系统中，结合机器学习、用户界面设计等技术实现了实时手语翻译功能。传感器的高灵敏度和响应速度赋予了该系统及时准确的感知能力，同时高机械鲁棒性则赋予该系统在实际应用场景中长期可靠服役的能力。该系统利用机器学习分类算法实现了对15种单一手势手语的识别和6种组合手势手语的识别(识别准确率分别达98.2%和98.9%)。系统整体的响应时间小于1s。成本低廉、质轻便携且操作简便的系统既可将手语实时翻译成语音播放，又可通过定制的用户界面实现信号曲线和翻译结果的可视化。后期可通过优化电路设计、扩展机器学习的手势或手语数据库，将该手势识别技术进一步应用于人机交互、虚拟现实、手势认证、智能传感、医疗健康等关键场景。该研究为实现柔性条件下的稳定增敏机制提供了新思路，有望促进可穿戴人机交互系统的应用和产业化发展。此外，该团队基于微小尺度材料和纳米金属层状复合材料力学行为基础研究工作的长期积累，研制出微机电系统(MEMS)用超长服役寿命的纳米复合材料，有望应用于航天、通讯、导航和新能源等领域的射频MEMS上。 　　上述柔性应变传感手语识别系统的研究成果，以Ultra-Robust and Sensitive Flexible Strain Sensor for Real-Time and Wearable Sign Language Translation为题，在线发表在Advanced Functional Materials上。研究工作得到国家自然科学基金、金属所“引进优秀学者”项目、沈阳材料科学国家研究中心青年人才和基础前沿及共性关键技术创新项目的支持。东北大学科研人员参与研究。图1.柔性应变传感器的设计和制备。a、蛇形曲流结构的传感机制；b、传感单元在表面切应力作用下的位移云图；c、传感单元在不同表面切应力作用下相邻曲流条纹的间隙沿传感器宽度方向分布曲线；d、相邻曲流条纹的接触区域长度随应变的变化曲线；e、传感器制备流程示意图。图2.柔性应变传感器的传感性能。a、高/低电阻区调控前的响应曲线；b、高/低电阻区调控后的响应曲线；c、在不同峰值应变下的循环响应曲线，极限检测应变；d、响应和回复时间。图3.柔性应变传感器的机械鲁棒性。a、循环稳定性；b、最大可承受应变；c-e：对严苛环境的耐受力。图4.可穿戴手语翻译系统。a、应用场景示意图；b、系统框架；c、手语手套；d、无线电路板；e、用户界面。图5.手语识别验证。a、6种由复合手势组成的手语；b、手语翻译系统对6种手语的识别准确率；e、手语翻译系统的各项性能汇总。

据每日科学网日前报道，新加坡研究人员利用黄金纳米阵列开发出适于商业应用的高性能表面增强拉曼光谱传感器。　　表面增强拉曼光谱技术(SERS)是在印度科学家拉曼1928年发现拉曼散射现象的基础上发展起来的。利用拉曼光谱技术可以非常方便地鉴定物质成分，现已成为探测界面特性和分子间相互作用、表征表面分子吸附行为和分子结构的有效工具，广泛应用于癌症诊断和食品检测等领域。不过，由于很多分子直接通过拉曼光谱无法检测出信号，需要通过拉曼增强技术，将这些分子吸附在纳米金属表面，在特定波长的激光照射下，利用表面增强拉曼光谱传感器检测出待检物质。　　新加坡科技研究院(A*STAR)材料工程研究所的研究人员制造出一种非常密集且有规律的黄金纳米阵列，在自组装和传感等方面具有独特的优点。此外，他们还成功将该纳米阵列置于光纤端头涂层中，使得该技术有望在遥感监测危险废弃物方面具有广泛的应用前景。　　研究人员在涂有自聚物纳米粒子的表面进行纳米阵列的自组装，较小的黄金纳米粒子会自发附着。仅仅依靠涂层和吸附这些简单的过程，就可稳定高产地形成小于10纳米的纳米簇。通过调整聚合物的规模和密度等特征，研究人员可以调节纳米簇的大小和密度，使表面增强拉曼散射达到最大化。该技术的效率非常高：涂满100毫米直径的晶片，或200光纤端头，仅需要不超过10毫克的聚合物和100毫克的黄金纳米粒子，而聚合物和纳米粒子均可低成本大量生产。　　由于纳米阵列的形成过程完全是自组装过程，因此该技术不需要专门的设备或特定的无尘室，非常适合低成本商业化生产。目前该技术已在新加坡、美国和中国申请了专利。

仪器信息网讯 2023年9月23日，第十六届全国化学传感器学术会议（SCCS2023）于山东济南正式开幕。本次会议由中国仪器仪表学会分析仪器分会化学传感器专家组主办，济南大学承办，化学生物传感与计量学国家重点实验室（湖南大学）、上海师范大学、上海仪电科学仪器股份有限公司（雷磁）、临沂大学、济南国科医工科技发展有限公司、江苏江分电分析仪器有限公司、仪器信息网共同协办。本次大会以“化学传感赋能新时代”为主题，邀请了国内外众多知名专家学者，共同探讨化学传感领域的最新研究成果和发展趋势，吸引了近千人注册参会，会议规模“暴增”。会议现场济南大学副校长黄加栋主持开幕式济南大学党委副书记、校长刘宗明致辞山东省教育厅科技处处长曾宪文致辞山东省科技厅基础研究处处长王钟伟致辞中国仪器仪表学会分析仪器分会常务副理事长 刘长宽致辞大会主席 谭蔚泓院士致辞开幕式由济南大学副校长黄加栋主持，济南大学党委副书记、校长刘宗明、山东省教育厅科技处处长曾宪文，山东省科技厅基础研究处处长王钟伟、中国仪器仪表学会分析仪器分会长常务副理事长刘长宽、大会主席潭蔚泓院士分别致辞。三十多年来，在几代人的努力下，全国化学传感器学术会议取得了长足发展；在第十五届会议采取线上会议形式的特别经历，本次会议重回线下，相比第十四届参会人数增长近60%，盛况空前！在济南大学的大力支持下，组委会汇集了老一辈科研工作者和年轻的学者，将共同围绕化学、材料、化学与环境、生物医学等多学科交叉领域进行学术交流，充分展示了我国在分析化学和生物传感领域取得的丰硕成果。致辞嘉宾纷纷预祝大会圆满成功！吴海龙教授宣读获奖名单致辞结束后，举行了隆重的颁奖仪式——第三届中国化学传感器雷磁终身成就奖和中国化学传感器雷磁杰出成就奖。化学传感器专家组组长吴海龙宣读获奖名单：中国科学院院士、发展中国家科学院院士，中国科学院生态环境研究中心研究员江桂斌，长期从事环境污染的健康危害研究，开辟了环境科学与毒理的学术方向，为我国履行斯德哥尔摩公约做出了突出贡献，被特别授予中国化学传感器雷磁终身成就奖！中国化学传感器雷磁终身成就奖获奖人：江桂斌院士（中）湖南大学教授张晓兵、南京大学教授龙亿涛、广州大学/中山大学教授牛利荣获中国化学传感器雷磁杰出成就奖。中国化学传感器雷磁杰出成就奖获奖人：张晓兵教授（右三）、龙亿涛教授（左四）、牛利教授（左三）短暂的开幕式结束后，迎来了大会报告环节。在济南大学教授魏琴和临沂大学教授李雪梅共同主持下，中国科学院院士、中国科学院生态环境研究中心江桂斌，中国科学院院士、湖南大学/中国科学院基础医学与肿瘤研究所潭蔚泓，南京大学教授龙亿涛，湖南大学教授张晓兵，广州大学/中山大学教授牛利，华东师范大学教授田阳和崂山实验室/山东师范大学教授唐波分别作大会特邀报告。济南大学教授 魏琴主持报告临沂大学教授 李雪梅主持报告中国科学院院士、中国科学院生态环境研究中心 江桂斌报告题目：《分析技术在新污染物研究中的应用》新污染物具有生物毒性、环境持久性、生物累积性等特征，且现阶段尚未被有效监管。江桂斌的报告结合国家对新污染物的管理政策及自身科研监测经历，介绍了质谱仪器法进行风险评估及模型的构建，并表示质谱仪器在新污染物领域研究中具有重要意义，对新污染物的评估还需结合各种新技术综合分析，实现长期稳定监测。中国科学院院士、湖南大学/中国科学院基础医学与肿瘤研究所 谭蔚泓报告题目：《功能核酸与膜蛋白》功能核酸是指具有特异性识别靶标物质或催化功能的核酸序列，核酸适体可以作为医疗判断和药物治疗的分析工具，是功能核酸的一种。潭蔚泓利用CelI-SELEX技术创造了500多个的核酸适体，用于“点亮”癌症，为靶向治疗提供判断依据，尤其在乳腺癌上，实现了重大疾病分型治疗，对未来医疗领域发展具有重大意义。南京大学教授 龙亿涛报告题目：《孔道限域的电化学传感》龙亿涛对纳米孔道的发展及应用进行介绍，其测量信息从智能测序DNA到现在可以进行人工聚合物分析，且机制解析和应用创造也变得丰富智能化。纳米孔道需要多维限域测量界面、高时空分辨测量系统和智能数据算法结合，最终实现多物理场耦合增强、时序信息获取和瞬态行为高通量原位解析。湖南大学教授 张晓兵报告题目：《荧光探针结构调控与精准成像研究》张晓兵从探针原位检测、探针抗干扰性能、探针响应特异性三个角度出发，提出基于氢键驱动的有机小分子荧光探针有序组装策略，首次提出疏水疏脂染料概念；发现富电子葱衍生分子的长余辉发光特性和机制，提出有机余辉共振能量转移精准分析新方法，实现清醒活体的长余辉成像；针对临床成像分析探针稳定性及生物标志物专一性问题提出分子探针构建新策略，发展精准成像分析技术。广州大学/中山大学教授 牛利报告题目《柔性传感器件》采用柔性传感器制备的可穿戴设备既是国家战略需求，又是国民生活需求，具有万亿规模的市场。牛利以大量科研案例介绍不同材料之间的差异，在不同领域产品上选择灵敏、可弯折等特点的柔性材料，尤其在医学和生理过程上，具有便捷、快速测定的价值。华东师范大学教授 田阳报告题目：《神经分子的识别与生物传感》生物传感作为一种新型的检测技术，利用特定生物分子的识别作用，实现对目标分子的灵敏响应。田阳采用电化学开路电位法、光激发-电输出检测法和光激发活体拉曼法对小鼠电信号和化学信号同时记录并对比，拉曼首发现缺氧时线粒体O2-爆发受酸敏感离子通道1a 调节，并导致Ca2+超载，电化学首次发现导致缺氧时线粒体中过量的Ca2+几乎都来自细胞外Ca2+的流入，实现了良好的检测平台构建，目前可在活体小鼠上稳定检测2个月以上。崂山实验室/山东师范大学教授 唐波报告题目：《基于微流控的跨尺度分析》微流控技术具有不同的芯片结构，便于联用多种控制和分析技术为不同尺度的样品分析提供了强大工具。唐波介绍道，微流控芯片可用于单颗粒、单分子分析，用来构建单颗粒限域，创建复合光场等。此外，微流控芯片还可以用于单细胞分析和类器官分析，用于辅助药物机理研究及靶向药物指导。为进一步促进学术交流，大会报告后，23日下午，组委会设置了化学传感器领域相关的7个分会场，相比往届有大幅增长；并开设墙报展供参会者之间学习、交流。本次大会为期2天，24日将为与会者带来更多精彩报告！仪器信息网将在后续报道中呈现更多分会场报告内容。本次会议得到众多厂商的支持，同期举行了小型仪器展览，仪电科学仪器、海能、赛默飞、德国札纳等众多国内、外仪器厂商代表向参会者分享各自企业的最新的产品和技术。厂商展位掠影墙报展一览部分分会场现场