近日，斯坦福大学鲍哲南团队设计了一种可调谐的金字塔微结构电容式压力传感器。鲍哲南团队通过改进了制备方法，增加了层压层，使微结构具有更好的弯曲性，从而减小了传感器制造过程中的可变性。基于改进的制造方法，鲍哲南团队建立了一个模型，该模型为预测传感器的结构设计和相应的传感器性能建立了一种有效的方法。利用该模型，鲍哲南团队预测并演示了传感器的初始电容和灵敏度与材料性质和几何形状之间的定量关系。最后，鲍团队也运用该方法有针对性地设计一种压力传感器，并且成功地应用于体外脉冲监测。

图示一：传感器的设计与表征。A) 传统的微结构并联板电容式压力传感器的电极之间由微结构介电层隔开；B) 传统的传感器设计(每个3个样品)相比于目前的设计(每个6个样品) 由于微观结构的层叠变化具有不均一的灵敏度；C)新型传感器设计的额外叠层的侧视图；D)在整个传感器中均匀分布的微结构介质层锥体；E)微结构金字塔和叠层的扫描电镜横截面图。

压力传感器越来越多地应用于生物医学领域，比较典型的案例包括：健康监测和外科机器人；家庭无创血压测量；青光眼监测；植入式血液动力学监测；肌腱修复监测；心血管和其他健康监测；仿生电子皮肤；触觉、活动和血流监测。同时，压力传感结合触觉显示技术可以为外科医生提供触觉反馈，这将大幅提高了微创手术的有效性，减轻术后疼痛和缩短患者的住院时间。然而，为了满足日益增长的专业压力传感器的需求，研究不同的传感器参数对器件的性能影响是至关重要的。通过量化这些关系，研究设计参数，可以使研究人员能够预测实现预期性能所需的特定设计。

图示二：传感器制造原理图：A) 在微结构硅片上旋涂介电材料；B) 将ITO/PET涂于未固化介质上并且用ITO/PET固化介质；C,D) 从ITO/PET电极上剥离微结构；E) 将介质材料旋涂在干净的ITO/PET电极上；F) 脱气和固化介质材料；G)当电介质材料部分固化后，把固化微结构附着在另一个ITO/PET电极上；H) 整个系统固化完成，实现传感器的最终设计。

为了证明该模型在为目标应用设计传感器方面的实用性，鲍哲南团队使用该模型在体外条件下选择传感参数来测量动脉脉搏。所设计的新型传感器与商业微机电系统(MEMS)传感器相比，对脉冲的响应都没有产生延迟。由于锥体的微观结构形状和动脉脉冲波的产生的低压，传感器信号也不会产生蠕变。

图示三：体外条件下传感器性能的分析测试。

文章的第一作者是Sara Rachel Arussy Ruth，文章的通讯作者是鲍哲南教授。该项目获得了北京协同创新研究所(Beijing Institute of Collaborative Innovation) 的支持。