呼吸狀況是與人體健康密切相關的重要生理指標。用于呼吸模式識別的可穿戴式柔性呼吸傳感器因其可為個人醫療診斷、健康監測等提供生理信號細節，因此受到廣泛關注。然而，目前基于柔性呼吸傳感器的智能口罩多采用單模檢測，只能檢測到相對較少的呼吸模式，尤其是缺乏準確區分口呼吸和鼻呼吸的能力。

據麥姆斯咨詢報道，近期，中山大學陳弟虎教授、陳敏教授研究團隊開發出一種智能口罩，其中包含用于識別多種呼吸模式的壓力和溫度雙模傳感器，能夠識別八種呼吸模式。得益于其實時識別和準確區分口呼吸和鼻呼吸的能力，該智能口罩可用于監測口呼吸綜合征的發展，在呼吸相關疾病的早期預警和診斷方面也具有巨大的潛力。相關研究成果已發表于Scientific Reports期刊。

該項工作中，研究人員通過構建不同的傳感模型結構，將一種具有優異機械性能和溫度傳感性能的新型柔性碳納米纖維墊作為壓力和溫度傳感模塊的活性材料。壓力傳感器表現出高靈敏度，適用于檢測呼吸氣流產生的壓力，可以檢測人體的各種生理信號。溫度傳感器可以通過感應口鼻呼吸引起的微小溫度變化來實現非接觸式溫度檢測。

安裝在智能口罩上的雙模傳感器，用于檢測呼吸引起的壓力和溫度變化

對于智能口罩中用于呼吸監測的柔性傳感器而言，非接觸式溫度檢測能力是必不可少的。為了驗證該雙模傳感器的兩種傳感模式可以獨立工作，研究人員對其同時開展溫度和壓力檢測。結果證明，該雙模傳感器的各個傳感模式可以獨立工作、互不干擾。該獨特功能使其在呼吸監測智能口罩和人工智能電子皮膚中具有廣闊的應用前景。

安裝在手套上的傳感器靠近（a）冷物體、（b）熱物體和（c）正常物體的紅外熱成像，（d）傳感器實時輸出電流和電阻響應圖

研究人員基于該雙模傳感器制備了智能口罩，并集成了一個帶指示器的小型測量電路，用于實時顯示不同的呼吸狀態。研究表明，該智能口罩可以持續監測和分析呼吸狀況，包括鼻正常呼吸、鼻淺呼吸、鼻深呼吸、鼻急呼吸、咳嗽、屏氣、口正常呼吸和口緩慢呼吸等八種呼吸模式。該雙模傳感器的壓力傳感模式具有高靈敏度，可以檢測呼吸氣流、聲音和動脈脈搏產生的小壓力信號，溫度傳感模式可以實現對口鼻呼吸引起的微小溫度變化的非接觸式檢測。未來，該雙模傳感器可以進一步與無線讀出電路和移動應用程序相結合，以實現無線呼吸監測。

（a）不同壓力強度下呼吸模式的檢測信號，（b）屏氣，（c）咳嗽，（d）口呼吸和鼻呼吸的紅外成像，（e）鼻呼吸和口呼吸狀態下的壓力和溫度響應，（f）通過連續的口鼻呼吸反應信號來識別呼吸模式，（g）智能口罩通過監測溫度來區分口鼻呼吸

研究人員分析認為，與以往報道的呼吸監測技術相比，該智能口罩有兩方面優勢：一是實現了對口呼吸和鼻呼吸的準確區分，可以預防口呼吸綜合征；二是其雙模傳感方式可以實現前所未有的多種呼吸模式監測，從而對人體生理學進行更詳細地分析。該智能口罩還在監測患有呼吸疾?。ㄈ鏑OVID-19、肺炎等）患者的呼吸模式方面具有潛在應用，將有利于疾病的早期預警和診斷。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41598-022-21572-y

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編輯：黃飛

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