呼吸是重要的生命体征，可用于疾病的早期诊断和生理监测。可穿戴式呼吸传感器为实时、非侵入性和舒适地监测人类呼吸行为提供了一个令人兴奋的机会。其中，纤维状摩擦电纳米发电机（FS-TENG）因其舒适性和高自由度而备受关注。然而，单电极FS-TENG不能响应自身的拉伸应变，而同轴双电极FS-TENG由于结构限制，对应变的敏感性较低。

基于此，中国科学院北京纳米能源与纳米系统研究所的研究人员报道了通过在可伸缩衬底光纤上设计螺旋结构，研制了一种螺旋型光纤应变传感器（HFSS）。

文章要点

1）与其他可伸展的FS-TENGs不同，HFSS充分利用了它们的螺旋结构。即使稍微拉伸，两个摩擦电层[聚四氟乙烯(PTFE)和尼龙]之间的接触状态也会发生变化，从而产生有效的电信号。因此，HFSS可以响应微小的拉伸应变，检测下限小于1%。此外，与电阻式、电容式和光学式应变传感器相比，摩擦电式传感器是自供电的，在信号采集过程中不需要外部电源。

2）这种自供能HFSS被集成到胸带中，并固定在胸腔下方，以监测人类的呼吸。随着胸腔的扩张/收缩，它可以有规律地伸展和收缩。然后通过对这些电信号的计算和处理，可以得到人体呼吸频率、用力肺活量(FVC)、一秒用力呼气量(FEV1)和最大呼气流量(PEF)等指标。

3）此外，研究人员还开发了一种智能穿戴式实时呼吸监测系统，该系统包括智能肺活计和自供电智能报警器。智能肺活计可以量化每次呼气的风量，并初步诊断呼吸系统疾病。当受试者停止呼吸超过6 s时，智能报警器可以自动呼叫预设的手机求救。该系统有助于评估呼吸状况，检测潜在的疾病风险，甚至拯救生命，这在个人呼吸健康监测和智能穿戴医疗电子产品方面显示出巨大的潜力。

参考文献

Chuan Ning, et al, Helical Fiber Strain Sensors Based on Triboelectric Nanogenerators for Self-Powered Human Respiratory Monitoring, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.1c09792

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c09792