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铁电高分子柔性脉搏传感器件:关注我们心血管系统的健康

日期:2016-07-04

科技的发展和生活方式的变化使我们更加关注自身的健康。全天候运动追踪手机、心脏检测腕表等为代表的智能设备能够便捷地感知个体的健康状态。

最近Advanced Functional Materials(2016, 26, 3640)报道了南京大学化学化工学院高分子系和生命化学协同创新中心沈群东教授课题组的一项研究。硕士研究生韩煦和陈昕发明了一种小型、低成本的铁电高分子柔性传感器,简单地贴合在手腕等部位,能够即时采集体浅表动脉的脉搏信号,获得波形、波强、波速、节律等与心血管功能密切相关的参数;传感器也能追踪不同生理状态下,如健身和服药状态下的脉搏波形变化,评估运动或血管扩张药的效果。

传感器的核心部件是铁电高分子薄膜。这是一种特殊的功能材料,具有永久的极性,能够感受到微弱的压力而发生极性的变化。桡动脉的脉搏压力变化不仅包括心脏输出的主波,还包括次级信号,如反射波或重搏波。铁电高分子材料的极化时间在纳秒数量级,且没有记忆效应,能够精确区分主次级信号。传感器在脉压下借助薄膜自身的压电效应产生电信号,实现自供电驱动。借助半导体高分子层载流子传输能力的变化,该器件输出可读的电流信号,能耗也仅为微瓦级,用一粒扣式锂电池驱动预计可工作两年,与智能手机等相整合,非常适合于构建移动的健康检测平台。该器件具有较好的柔性和生物相容性,可紧密地贴合在腕部、手指、足腕、颈部、额头的皮肤上,在弯曲状态下的响应不受影响,未封装的器件保持了较好稳定性。

该研究采集了不同测试对象或运动前后的脉搏信号,用于评估心血管系统的即时状态。对常用血管扩张药物(硝酸甘油)进行的动物试验表明,药物导致脉压和心率的波动。研究的下一步目标是即时信号的远程传输,结合专门的手机App,实时收集与上传用户的健康数据,建立个性化的健康档案,实现在线评估心血管系统,从而定制合适个人的健身和心脏药物服用计划。该材料的研究曾入围2016春季Materials Research Society(美国材料研究学会)iMatSci的二十个参展项目。

本研究得到了国家自然科学基金项目和长江学者和创新团队发展计划的资助。(南京大学)

 

 

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