清華新聞網(wǎng)4月21日電 連續(xù)、精準(zhǔn)的血壓監(jiān)測(cè)對(duì)于高血壓等心血管疾病防控至關(guān)重要。近年來(lái)，可穿戴傳感技術(shù)為連續(xù)生理監(jiān)測(cè)提供了新的路徑，但其性能仍受到電池體積與重量的限制，不僅影響穿戴舒適性和續(xù)航能力，還會(huì)在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中引入運(yùn)動(dòng)偽影，制約信號(hào)質(zhì)量與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。因此，發(fā)展無(wú)需電池、具備無(wú)線(xiàn)供能與高速通信能力的可穿戴生理傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)血壓等生理信號(hào)的高保真連續(xù)監(jiān)測(cè)，成為這一領(lǐng)域亟待突破的方向。
圖1.無(wú)線(xiàn)無(wú)源表皮傳感網(wǎng)絡(luò)原理與架構(gòu)
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院田曦助理教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家單位，研發(fā)出一種無(wú)線(xiàn)無(wú)源的表皮傳感網(wǎng)絡(luò)（epidermal sensor network），實(shí)現(xiàn)了在日?；顒?dòng)乃至運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景中的連續(xù)收縮壓監(jiān)測(cè)（圖1）。
圖2.雙模超材料織物的工作原理與性能表征
基于一種可集成于日常服裝中的雙模超材料織物（metamaterial textile），該生理傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)與能量可實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸。其將13.56MHz無(wú)線(xiàn)供能與2.4GHz無(wú)線(xiàn)通信分離到兩個(gè)獨(dú)立通道中，在兼顧無(wú)線(xiàn)供能效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了更高速率的數(shù)據(jù)傳輸，為連續(xù)、高保真、多節(jié)點(diǎn)生理監(jiān)測(cè)提供了新的技術(shù)路徑（圖2）。
圖3.無(wú)線(xiàn)無(wú)源表皮傳感器
在傳感器方面，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一系列無(wú)線(xiàn)無(wú)源的表皮電子傳感器，構(gòu)建了由心電（ECG）與光電容積脈搏波（PPG）傳感器組成的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用無(wú)電池的柔性貼膚設(shè)計(jì)，可在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下減少運(yùn)動(dòng)偽影、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定信號(hào)采集，并兼具良好的佩戴舒適性與長(zhǎng)期使用能力。
圖4.無(wú)線(xiàn)無(wú)源生理傳感網(wǎng)絡(luò)在通勤和運(yùn)動(dòng)等場(chǎng)景中的連續(xù)監(jiān)測(cè)
通過(guò)同步采集ECG與PPG信號(hào)并結(jié)合脈搏傳導(dǎo)時(shí)間（PTT），該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)收縮壓估計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地進(jìn)行連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)，且與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果保持良好一致性。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在通勤、睡眠、運(yùn)動(dòng)等場(chǎng)景中驗(yàn)證了系統(tǒng)性能。結(jié)果顯示，該無(wú)線(xiàn)無(wú)源生理傳感網(wǎng)絡(luò)能夠在真實(shí)動(dòng)態(tài)環(huán)境下連續(xù)監(jiān)測(cè)心率、血氧和收縮壓等生理參數(shù)。
研究成果以“用于連續(xù)收縮壓監(jiān)測(cè)的無(wú)線(xiàn)無(wú)源表皮傳感網(wǎng)絡(luò)”（A battery-free wireless epidermal sensor network for continuous systolic blood pressure monitoring）為題，于4月10日發(fā)表于《自然·電子學(xué)》（Nature Electronics）。
清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院助理教授田曦、美國(guó)亞利桑那大學(xué)副教授菲利普·古特魯夫（Philipp Gutruf）、新加坡國(guó)立大學(xué)副教授何思遠(yuǎn)（John S. Ho）為論文通訊作者。新加坡國(guó)立大學(xué)博士畢業(yè)生塞爾曼·庫(kù)爾特（Selman A. Kurt）、亞利桑那大學(xué)博士畢業(yè)生凱文·卡斯珀（Kevin A. Kasper）和清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院2022級(jí)博士生徐慶昊為論文共同第一作者。
研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、深圳市科技計(jì)劃、清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院雙螺旋中心、新加坡國(guó)立大學(xué)健康創(chuàng)新與技術(shù)研究所的資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41928-026-01597-1
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
