Pressão flexível e temperatura dupla

Dec 21, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 17434 (2022) Citar este artigo

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A condição respiratória é um indicador fisiológico essencial intimamente relacionado à saúde humana. Sensores de respiração flexíveis vestíveis para reconhecimento de padrões respiratórios têm atraído muita atenção, pois podem fornecer detalhes de sinais fisiológicos para diagnóstico médico pessoal, monitoramento de saúde etc. número de padrões respiratórios, especialmente faltando a capacidade de distinguir com precisão a respiração bucal da nasal. Aqui, é fabricada uma máscara facial inteligente incorporada com um sensor de respiração de modo de detecção dupla que pode reconhecer até oito padrões de respiração humana. O sensor de respiração usa novos tapetes de nanofibra de carbono tridimensionais (3D) como materiais ativos para realizar a função de detecção de pressão e temperatura simultaneamente. O modelo de pressão dos sensores mostra uma alta sensibilidade capaz de detectar com precisão a pressão gerada pelo fluxo de ar respiratório, enquanto o modelo de temperatura pode perceber a variação de temperatura sem contato causada pela respiração. Beneficiando-se da capacidade de reconhecimento em tempo real e da distinção precisa entre respiração bucal e respiração nasal, a máscara facial foi desenvolvida para monitorar o desenvolvimento da síndrome da respiração bucal. O sensor de modo de detecção dupla tem grandes aplicações potenciais no monitoramento de saúde.

Um grande esforço foi feito para mitigar a rápida disseminação mundial da doença de Coronavírus 2019 (COVID-19), mas a vacina é insuficiente para conter a propagação do novo coronavírus que sofre mutações rapidamente1,2. O uso de máscara em locais públicos foi recomendado pela Organização Mundial da Saúde e amplamente imposto pela maioria dos países para prevenir a propagação da doença e proteger a saúde dos indivíduos na pandemia de COVID-19. No entanto, usar máscaras por muito tempo pode causar possíveis efeitos adversos. Para pacientes asmáticos ou crianças, a dificuldade respiratória ou doença respiratória aguda seria imperceptível. Problemas respiratórios graves podem causar respiração bucal anormal e até mesmo causar insuficiência respiratória, o que é necessário para alertar a tempo. Portanto, o monitoramento diário da respiração com base em dispositivos vestíveis portáteis é de grande importância para fornecer alerta precoce de condição respiratória anormal para crianças ou pacientes com problemas respiratórios. A respiração é um indicador fisiológico essencial que desempenha um papel importante na avaliação clínica do desempenho de saúde do indivíduo3,4. Normalmente, quando a respiração nasal é difícil, as pessoas tendem a respirar pela boca para aumentar a entrada de ar. As crianças com asma podem ter maior probabilidade de respirar pela boca5. A tendência à respiração bucal habitual ou prolongada não só afeta adversamente o desenvolvimento da mandíbula da criança, a forma do crânio e a oclusão dentária, mas também se associa à síndrome da apnéia do sono. O monitoramento da respiração em tempo real é necessário para o diagnóstico multidisciplinar precoce dessa população para prevenir o desenvolvimento da síndrome do respirador bucal5,6. Um aumento da resistência respiratória causada por uma máscara pode agravar esse problema. Além disso, muitos resultados sugerem uma associação significativa entre respiração bucal e asma7. Assim, o monitoramento contínuo das condições respiratórias dos usuários na vida diária, especialmente com o reconhecimento preciso da respiração nasal e bucal, pode oferecer uma oportunidade para monitoramento pessoal da saúde, alerta precoce de doença respiratória aguda e diagnóstico médico, etc.

Uma máscara inteligente baseada em um sensor de respiração flexível é uma maneira importante de realizar o monitoramento contínuo da respiração e a prevenção de pandemias. Atualmente, muitos estudos propuseram sensores flexíveis baseados em diferentes mecanismos de detecção para realizar o monitoramento da respiração, como sensores de umidade, pressão ou temperatura8,9,10,11,12,13. Muito recentemente, Someya et al. projetou uma máscara facial inteligente que integra o sensor de pressão eletrostática ultrafino e mais leve para realizar o monitoramento da respiração13. Dao et al. demonstraram um sensor de fluxo térmico vestível para respiração humana em tempo real usando fios CNT flexíveis como hotwires8. Peng et al. relataram uma pele eletrônica autoalimentada (e-skin) baseada em um nanogerador triboelétrico para monitoramento respiratório em tempo real e diagnóstico da síndrome da apneia-hipopneia obstrutiva do sono14. Muitos sensores de umidade também foram fabricados para monitorar a respiração, detectando a variação da quantidade de água nos gases inalados e exalados3,10,15,16,17,18. No entanto, esses sensores de respiração baseados na detecção de modo único podem monitorar apenas um número relativamente pequeno de padrões respiratórios, especialmente a falta de capacidade de distinguir a respiração bucal da nasal. Sua funcionalidade de detecção unitária não pode satisfazer as crescentes demandas de monitoramento de vários padrões respiratórios. Existem limitações associadas ao sensor de detecção de modo único devido à interferência entre a respiração bucal e nasal. Por exemplo, quando as intensidades de fluxo da respiração nasal profunda e da respiração bucal estão na mesma faixa, é difícil distinguir, pois estão na mesma frequência. Embora a detecção de diferentes estados respiratórios em uma unidade de sensor de modo único possa ser realizada aproximadamente, o acoplamento de sinal e a interferência mútua reduzem a precisão da medição e requerem calibração quando as condições de trabalho mudam11,19. Além disso, esses sensores de modo duplo existentes não são sensíveis o suficiente para monitorar simultaneamente diferentes estímulos físicos causados ​​pelo fluxo de ar respiratório19,20,21,22,23,24. É desejável que um tipo de material de detecção com capacidade de detecção múltipla monitore simultaneamente vários sinais vitais do corpo humano por meio da construção de diferentes estruturas de modelo de detecção25,26.