Современная электроника №1/2024

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 19 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 1 / 2024 Рис . 5. Основа гибкого электронного биодатчика по технологии FTENG Особенности новых трибоэлектрических наногенераторов Трибоэлектрические наногенерато - ры ( ТЭНГ , TENG) преобразуют меха - ническую энергию , создаваемую дви - жением человека , в электрическую энергию за счёт сочетания индуктив - ных и трибоэлектрических эффектов . Этим объясняется научная новизна исследования специалистов РЭА в области медицинских технологий и актуальность проблематики оборудо - вания . Вновь предложен метод сбора энергии от изменений состояния кож - ного покрова ( динамика сокращений эпидермиса , изменения температуры и влажности участка кожи – потоотде - ления ) для питания носимых датчи - ков во время интенсивных физических нагрузок . Явление перспективно ещё и тем , что не зависит от неконтролиру - емых внешних источников , таких как солнечный свет или беспроводные передатчики энергии . Несмотря на преимущество , большинство существу - ющих устройств на основе TENG до сих пор нуждалось в совершенствовании из - за низкой энергоёмкости , условно неэффективного управления питани - ем , отсутствия непрерывности пита - ния и долговечности . Таким образом , об использовании технологии TENG для непрерывного питания полностью интегрированной беспроводной носи - мой системы молекулярных датчиков до сих пор не сообщалось . Проблем - ное поле исследования таково , что для совместимости с традиционными про - цессами производства FPCB необходи - мы электронные устройства , обеспечи - вающие высокую производительность и надёжность . Преобразование пото - отделения кожи человека в электри - ческую энергию можно использовать для питания носимых ( автономных и портативных ) устройств , которые про - изводители позиционируют как « кож - ный интерфейс » [6]. Гибкая система по технологии FTENG изготовлена и апробирована коммерческим производителем FPCB. В основе 2 листа коммерчески гибких ламинатов с медным покрытием ( тол - щиной 120 мкм ; JingHuang Electronics Co.), состоящих из гибкой поли - имидной подложки и медной плёнки , покрытых тонким слоем эпоксидного клея ( рис . 5). Водонепроницаемые двусторонние медицинские ленты толщиной 75 мкм компании Adhesives Research. Сере - бряная проводящая краска компании Structure Probe Inc. Влагостойкая ПЭТ - плёнка толщиной 100 мкм McMaster- Carr. ПТФЭ толщиной 50 мкм компа - нии Laet. На медные плёнки нанесён фотолитографический рисунок и про - изведено травление раствором FeCl 3 для изготовления элементов био - датчика . Для защиты электрода ста - тистической основы нанесён слой ENIG. Ещё один слой ПТФЭ нане - сён на подвижный электрод , чтобы вызвать затем электризацию . Общая площадьоднопанельного биодатчика FTENG составляет 22,6 см ². Параметры таковы : длина 5,78 см ; ширина 3,78 см . Масса датчика всего от 0,586 до 0,782 г в зависимости от наличия ПТФЭ - покрытия . Водонепроницаемая меди - цинская лента - подложка FWS3 лами - нируется на коже человека – в местах с минимальной динамикой колебаний и двигательной активности мышц , и таким образом обеспечивается устой - чивый сбор температурных колеба - ний и выделений влаги отводящих пот желез и генерация электрическо - го тока . В системе участвует встроен - ный модуль Bluetooth с низким энер - гопотреблением (BLE), что позволяет передавать данные датчика на мобиль - ный интерфейс , в том числе для отсле - живания состояния здоровья во время тренировки . Носимая система с пол - ностью автономным питанием без батареи состоит из схемы беспровод - ного датчика с низким энергопотре - блением и микрожидкостного датчика пота , реализованного всего на одной гибкой печатной плате и работаю - щего в режиме высокоэффективного носимого автономного режима TENG (FTENG FWS3). Это позволяет дина - мически отслеживать ключевые био - маркеры пота , к примеру , pH и Na+. На рис . 6 представлена схема , иллю - стрирующая работу модуля FWS3 с объединённым функционалом сбора энергии движения человека , обработ - ку сигналов , микрофлюидное биосен - сорное определение пота и беспро - водную передачу данных на основе Bluetooth с передачей на мобильный пользовательский интерфейс для отслеживания состояния здоровья в режиме реального времени . На рис . 7 представлена схема пла - стыря микрожидкостного датчика , конформно прикреплённого к коже человека . Микрожидкостные слои с лазерным рисунком прикреплены к сенсорной подложке из полиэтилентерефтала - та ( ПЭТ ) в многослойной структуре ( медицинская лента PDMS) для кон - тролируемого и автоматизированно - го отбора проб пота на теле . Чтобы проверить работу микрожидкостной системы , динамическое биосенсорное исследование выполнено во время вве - Пот Массив биосенсоров Сенсорная лента Слой датчиков Эта сторона впитывает пот Микрожидкостный сенсорный пластырь