中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
硬皮病一種以自身免疫、血管病以及纖維化為特征的罕見(jiàn)結締組織病，皮膚硬化是其主要的特點(diǎn)。皮膚硬化程度與患者肺纖維化、療效和預后評價(jià)密切相關(guān)。但皮膚硬度檢測是一個(gè)世界性難題，臨床上缺乏皮膚硬度檢測的客觀(guān)方法。目前國內外仍以觸診的方法判斷皮膚的硬度，該方式主觀(guān)性強、不能定量、無(wú)法捕捉微細的變化、觀(guān)察者內部及觀(guān)察者間變異大等不足。
近日，復旦大學(xué)附屬中山醫院皮膚科楊驥主任團隊聯(lián)合復旦大學(xué)微電子學(xué)院盧紅亮教授團隊為解決這一科學(xué)難題，聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一款基于柔性電子技術(shù)的皮膚硬度檢測傳感器，并在硬皮病患者中驗證了其評估皮膚硬度的客觀(guān)性、敏感性和便捷性。研究成果以“A stretchable hardness sensor for systemic sclerosis diagnosis”為題發(fā)表于Nano energy。復旦大學(xué)附屬中山醫院皮膚科楊驥主任與復旦大學(xué)微電子學(xué)院盧紅亮教授為共同通訊作者，劉夢(mèng)洋博士研究生與王修遠醫師為共同第一作者。
柔性電子傳感技術(shù)融合了材料科學(xué)、微電子學(xué)和生物科學(xué)等，廣泛地應用于人機交互，軟體機器人和健康監測中，是人工智能、精準醫療戰略前沿的先導和基礎。智能化、微型化、低功耗、高靈敏度和高可靠性是柔性電子傳感器件的特點(diǎn)?；诖思夹g(shù)，我們研發(fā)了一款用于檢測皮膚彈性和硬度的傳感器，其具有體積小、可拉伸，易貼合的特點(diǎn)，更適用于人體皮膚的復雜狀況。該硬度傳感器集成了基于聚二甲基硅氧烷材料的應變傳感器和壓力傳感器，在外力下硬度傳感器可隨著(zhù)接觸材料變形而變形（圖1）。
圖1. 硬度傳感器的傳感原理及制備工藝
其中，應變傳感器基于銀納米線(xiàn)/碳納米管復合材料，展示出了優(yōu)異的動(dòng)態(tài)響應和穩定性；壓力傳感器使用油包水型乳濁液制備而成，表現出了可拉伸壓力傳感特性和經(jīng)受15000壓力循環(huán)的超高穩定性。硬度傳感器以壓力和應變傳感器的輸出比值作為輸出，用以定量評估被測物體。它可以分辨出不同楊氏模量的聚合物。我們將硬度傳感器粘貼于手背，前臂和上臂等處，可定量評估出硬皮病患者和健康人不同部位皮膚的彈性和硬度。
皮膚硬度的評估對于硬皮病患者言意義重大，可更加靈敏且特異的評估患者皮膚硬度的改變，從而科學(xué)客觀(guān)評判硬皮病治療效果和預后。該方法也可推廣應用于廣泛的健康人群皮膚彈性的判斷，具有廣闊的臨床和市場(chǎng)應用前景。后續將對硬度傳感器進(jìn)行功能迭代，融合醫學(xué)及新興工業(yè)技術(shù)，豐富傳感器功能使其滿(mǎn)足更多應用場(chǎng)景。該研究通過(guò)醫工聯(lián)合攻關(guān)的方式，在皮膚彈性和硬度智能檢測方面向前邁進(jìn)了一步。
硬度傳感器的性能測試及臨床應用
本研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、上?？萍紕?chuàng )新行動(dòng)計劃、復旦大學(xué)卓學(xué)計劃和上海市人才發(fā)展基金等的資助，以及專(zhuān)用集成電路與系統國家重點(diǎn)實(shí)驗室的支持。
