Advanced Healthcare Materials:一种利用银颗粒增强型PDMS的穿戴式脉搏传感器

心血管疾病的发病过程往往伴随着心血管系统的长期变化,对心血管系统进行早期监护和诊断,可以有效地降低心血管疾病的发病率和死亡率。脉诊是中医四诊“望闻问切”中重要的一项环节,医师通过在病人的左右手腕部的相应位置(寸、关、尺)切脉,可以分析出患者内部器官的健康状态,通过测量获得脉搏波形,分析血管弹性、心肌收缩能力及外周阻力等重要生理信息,进行心血管疾病(如动脉硬化、冠心病等一些疾病)的辅助诊断与预防。目前已有的脉搏测量设备体积庞大、操作复杂,缺少适用于家庭监护的穿戴式脉搏传感器。此外,实际脉搏测量需要施加预紧力,对应于中医脉诊实施过程中的“浮”、“中”、“沉”,脉搏传感器需要满足在预紧力作用下的高灵敏度和良好的线性度,以获得准确的脉搏波形和特征参数。

近日,清华大学精密仪器系的朱荣教授研究组,研制出一种基于热感应原理的脉搏压力传感器,利用银颗粒增强PDMS的串联型结构,构建出性能可调控的具有压热效应的功能复合材料,通过材料配比和结构参数的定制化设计,研制出满足在预紧力作用下能够兼顾高灵敏度和良好线性度的穿戴式脉搏传感器,该脉搏传感器不仅能够测量人体脉搏压力的波形,还具有对压力测量的温度自补偿以及测量体表温度的功能,通过传感器组合还可以实现对多点(如“寸”、“关”、“尺”)脉搏的监测。研究组采用研制的脉搏传感器测量了不同年龄样本、不同预紧压力(对应“浮”、“中”、“沉”)下的桡动脉脉搏波形,分析了样本数据的动脉硬化指标,展示并验证了利用脉搏传感器进行心血管疾病辅助诊断的可行性。

研究者相信,此项研究将会为家庭健康监护、穿戴式脉搏监测及心血管疾病辅助诊断提供了一种可行的解决方案。结合中医脉诊原理以及西医定量化分析检测方法,穿戴式、易操作、性能优良的桡动脉诊断设备,将具有极大的应用潜力。

相关研究成果以题为“A Wearable Sensor Using Structured Silver-Particle Reinforced PDMS for Radial Arterial Pulse Wave Monitoring”发表在Advanced Healthcare Materials (DOI: 10.1002/adhm.201900633)上,论文第一作者为清华大学硕士研究生付钰,通讯作者为清华大学朱荣教授。