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  心血管疾病，又稱為循環(huán)系統(tǒng)疾病，已成為全球最常見(jiàn)的死因之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)每年有近兩千萬(wàn)人死于該病，幸運(yùn)的是90%的心血管疾病都是可以預(yù)防的。移動(dòng)健康醫(yī)療技術(shù)為心血管疾病的預(yù)防提供了新的機(jī)遇。

  通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)控心電、心音、血壓、脈搏等生理信號(hào)可以有效地獲取心血管系統(tǒng)的健康狀況從而達(dá)到心血管疾病預(yù)防的目的。而脈搏傳感技術(shù)以其無(wú)創(chuàng)、便捷等諸多優(yōu)勢(shì)成為移動(dòng)健康醫(yī)療領(lǐng)域研究最多應(yīng)用最廣泛的傳感技術(shù)之一。光電式脈搏傳感器和壓電式脈搏傳感器作為最常用的脈搏傳感器件在靈敏度、信噪比、功耗及成本等方面依然面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。例如，光電式脈搏傳感器對(duì)環(huán)境光和人體運(yùn)動(dòng)非常敏感，行走和手臂擺動(dòng)等肢體運(yùn)動(dòng)均會(huì)導(dǎo)致偽跡的產(chǎn)生。移動(dòng)可穿戴健康醫(yī)療領(lǐng)域的持續(xù)革新對(duì)傳感器的小型化、功耗、靈敏度、兼容性等關(guān)鍵特性提出了新的要求。尤其是小型化導(dǎo)致的電源供應(yīng)的減少讓靈敏度和功耗之間的矛盾愈加突出。相較于目前大量的研究工作聚焦于尋求功耗與靈敏度之間的平衡，自驅(qū)動(dòng)主動(dòng)式傳感技術(shù)的提出為解決這一矛盾提供了新的方案，它可以將機(jī)械振動(dòng)信號(hào)直接化為電信號(hào)從而解決功耗和靈敏度的矛盾，實(shí)現(xiàn)無(wú)功耗高靈敏度的自驅(qū)動(dòng)傳感。 

  近日，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所李舟研究員和王中林院士領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)，與北京安貞醫(yī)院和朝陽(yáng)醫(yī)院的孫廣龍、范一帆兩位心血管疾病專家合作開(kāi)展研究工作，共同研發(fā)出無(wú)需信號(hào)放大就可藍(lán)牙傳輸、針對(duì)心血管疾病進(jìn)行預(yù)警和診斷的自驅(qū)動(dòng)超高靈敏脈搏傳感器。博士研究生歐陽(yáng)涵和田靜靜選用具有納米結(jié)構(gòu)的金屬銅和聚合物薄膜作為摩擦層，采用柔性材料作為封裝層，制造出具有良好柔韌性和優(yōu)異穩(wěn)定性的脈搏傳感器。該器件在脈搏傳感測(cè)試中，成功將脈搏振動(dòng)直接轉(zhuǎn)化為高達(dá)1.52V的電信號(hào)，其信噪比達(dá)到45 dB是光電脈搏傳感器的10倍，但是價(jià)格卻是后者的1/5。將該脈搏傳感器與藍(lán)牙模塊集成整合，可實(shí)現(xiàn)脈搏信號(hào)的無(wú)線傳輸，并實(shí)現(xiàn)在智能手機(jī)/電腦上的可視化顯示與分析。利用該脈搏傳感系統(tǒng)，研究人員對(duì)一組健康成人和一組患者進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)心律失常（房顫）的提示性診斷及對(duì)冠心病、房間隔缺損的鑒別性診斷。

(a)脈搏傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖 (b)脈搏傳感器與藍(lán)牙整合后實(shí)時(shí)檢測(cè)脈搏信號(hào) (c)SUPS與藍(lán)牙整合后實(shí)物圖 (d)基于SUPS的移動(dòng)智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖 (e)主動(dòng)脈球囊反搏 (IABP) 構(gòu)建異常脈搏模型的工作示意圖 (f)主動(dòng)脈球囊在不同工作模式下的脈搏信號(hào)。 

  該工作首次驗(yàn)證了基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)傳感技術(shù)在心血管疾病診斷上的可行性，為移動(dòng)智能健康醫(yī)療的發(fā)展提供了新的思路。該工作中提出的材料加工工藝、傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、信號(hào)傳輸方案及數(shù)據(jù)分析策略為基于納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)移動(dòng)醫(yī)療的研究及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials,2017,1703456 (DOI: 10.1002/adma.201703456)上。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201703456/full