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  心血管疾病，又稱為循環(huán)系統(tǒng)疾病，已成為全球最常見的死因之一，據(jù)統(tǒng)計每年有近兩千萬人死于該病，幸運的是90%的心血管疾病都是可以預(yù)防的。移動健康醫(yī)療技術(shù)為心血管疾病的預(yù)防提供了新的機遇。

  通過長期監(jiān)控心電、心音、血壓、脈搏等生理信號可以有效地獲取心血管系統(tǒng)的健康狀況從而達到心血管疾病預(yù)防的目的。而脈搏傳感技術(shù)以其無創(chuàng)、便捷等諸多優(yōu)勢成為移動健康醫(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峻的挑戰(zhàn)。例如，光電式脈搏傳感器對環(huán)境光和人體運動非常敏感，行走和手臂擺動等肢體運動均會導(dǎo)致偽跡的產(chǎn)生。移動可穿戴健康醫(yī)療領(lǐng)域的持續(xù)革新對傳感器的小型化、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)動主動式傳感技術(shù)的提出為解決這一矛盾提供了新的方案，它可以將機械振動信號直接化為電信號從而解決功耗和靈敏度的矛盾，實現(xiàn)無功耗高靈敏度的自驅(qū)動傳感。 

  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)合科研團隊，與北京安貞醫(yī)院和朝陽醫(yī)院的孫廣龍、范一帆兩位心血管疾病專家合作開展研究工作，共同研發(fā)出無需信號放大就可藍牙傳輸、針對心血管疾病進行預(yù)警和診斷的自驅(qū)動超高靈敏脈搏傳感器。博士研究生歐陽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試中，成功將脈搏振動直接轉(zhuǎn)化為高達1.52V的電信號，其信噪比達到45 dB是光電脈搏傳感器的10倍，但是價格卻是后者的1/5。將該脈搏傳感器與藍牙模塊集成整合，可實現(xiàn)脈搏信號的無線傳輸，并實現(xiàn)在智能手機/電腦上的可視化顯示與分析。利用該脈搏傳感系統(tǒng)，研究人員對一組健康成人和一組患者進行了對比試驗，成功實現(xiàn)了對心律失常（房顫）的提示性診斷及對冠心病、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)脈搏傳感器與藍牙整合后實時檢測脈搏信號 (c)SUPS與藍牙整合后實物圖 (d)基于SUPS的移動智能健康監(jiān)測系統(tǒng)示意圖 (e)主動脈球囊反搏 (IABP) 構(gòu)建異常脈搏模型的工作示意圖 (f)主動脈球囊在不同工作模式下的脈搏信號。 

  該工作首次驗證了基于摩擦納米發(fā)電機的自驅(qū)動傳感技術(shù)在心血管疾病診斷上的可行性，為移動智能健康醫(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、信號傳輸方案及數(shù)據(jù)分析策略為基于納米發(fā)電機的自驅(qū)動移動醫(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