制备石墨烯传感器监测肠鸣音并评估胃肠肿瘤术后肠道功能的研究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wei_357
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目的:本研究首先测试基于石墨烯复合材料的柔性应变传感器的基本性能,再探索石墨烯应变传感器监测肠鸣音的可行性,通过分析传感器监测到的肠鸣音波形得到关于传感器监测的肠鸣音的信息,再分析胃肠肿瘤术后患者的肠鸣音波形增加对术后肠道功能的了解,以期应用于临床实践。研究方法:本研究首先制备了基于石墨烯/聚氨酯复合结构的柔性应变传感器,通过进行AFM和SEM拍摄分析石墨烯纳米片、石墨烯薄膜以及石墨烯复合薄膜的表征,并通过对五种不同厚度的石墨烯复合薄膜进行导电性能、力学性能和灵敏度实验选出最佳厚度的石墨烯复合薄膜作为应用部分的传感器。此外还对石墨烯应变传感器进行弯曲试验、循环拉伸实验和响应时间测试以检验传感器的性能。应用阶段分为两个部分。第一部分为监测健康人群的肠鸣音,建立入选标准和排除标准后选择符合条件的中国医科大学附属第一医院胃肠肿瘤外科与沈阳航空航天大学重点实验室的受试者参与本实验。应用传统听诊器和石墨烯应变传感器对肠鸣音进行同步监测,以听诊器的结果作为标准寻找传感器是否有对应的波形产生,以此检验传感器监测的可行性。后期采用可以收集存储和回放音频的电子听诊器替换传统听诊器,以更直观和更有力且可回看查验的方式验证监测的可行性。第二部分主要为监测行胃肠肿瘤手术的患者的术后肠鸣音。建立纳入与排除标准,从手术后的第二天监测至术后第五天(按照既往临床经验,经历了腹腔镜胃肠肿瘤手术的患者大多在术后3-5天排气),应用电子听诊器进行同步监测同时记录患者的自身感受,分析对比电子听诊器和石墨烯应变传感器收集的数据以及患者的自身感受了解术后患者的肠鸣音波形的特点,获得更多关于术后患者肠道功能恢复情况的信息。研究结果:通过分析AFM拍摄结果可知石墨烯纳米片的平均厚度为3.816±0.059nm,这表明我们制备的石墨烯纳米片质量上乘:具备薄且均匀的厚度。SEM拍摄则表明制备的石墨烯复合薄膜具有良好的表面完整性以及形成导电路径的机制。通过电导率的测量、力学性能和灵敏度的测试,发现0.26mm厚度的石墨烯应变传感器具有优异的导电性能和最佳的力学性能以及高灵敏度,因此选择综合表现最佳的0.26mm厚度的石墨烯应变传感器作为后续研究的对象。此外弯曲试验表明石墨烯应变传感器具有良好的柔韧性,能够承受巨大的应变而不会丧失性能。循环拉伸试验表明石墨烯应变传感器具有良好的稳定性和再现性。响应时间测试表明了石墨烯应变传感器具有快速响应的能力。应用阶段,我们通过分析处理与听到肠鸣音时间相对应的FLUKE采集的数据,运用Origin软件作图,发现听到肠鸣音时传感器具有明显的电阻变化,并且初步制定了传感器监测的肠鸣音波幅的最小值参考范围是0.02-0.81%,差值的参考范围是0.03-1.06%。通过分析处理胃肠肿瘤术后患者的肠鸣音波形数据,让我们更直观的了解术后患者的肠道功能恢复情况,并且检验了我们制定的参考范围的准确度从而更好的应用于临床。研究结论:我们制备了基于聚氨酯-石墨烯复合结构的柔性应变传感器,操作简易且成本低并可实现对肠鸣音的监测。在制备不同厚度的石墨烯复合薄膜后进行导电性能、力学性能和灵敏度测试,选出综合表现最佳的0.26mm厚度的石墨烯复合薄膜作为应用部分的传感器。此外通过进行弯曲试验、循环拉伸试验和响应时间测试,表明我们制备的石墨烯应变传感器具有快速响应的能力以及良好的柔韧性和稳定性。在应用阶段,我们采用石墨烯应变传感器和听诊器进行同步监测,确认了传感器监测肠鸣音的可行性,还发现传感器可以区分不同强度的肠鸣音,并且初步制定了相应的参考范围。分析术后患者的肠鸣音也验证了传感器监测的可行性,也更加了解术后患者关于肠道功能恢复情况的信息。总之,基于石墨烯复合材料的应变传感器在临床肠道功能监测方面具有广阔的前景,这也为石墨烯的应用拓展了新领域。
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