基于石墨烯的“电子纹身” 可300小时连续监测血压

UNIVERSITY OF TEXAS AT AUSTIN

自1881年发明充气式袖带血压计以来，血压测量并没有太大变化。人们可以使用该设备一天进行几次读数，但是，这不足以全面了解心血管健康状况。

由石墨烯制成的新型电子纹身连续数日读取血压。这种超薄的光传感器可以在患者进行日常活动时监测其血压。

“血压是一个非常重要的生命体征，”德克萨斯农工大学电气和计算机工程教授Roozbeh Jafari说：“压力可能会导致致命的结果。目前使用的血压计只能测得单一数据点，且容易受测量者当下情绪影响而失准。因此，如果有一种技术可以连续测量血压，它将改变游戏规则。”

离开医疗院所或住家，虽然许多便携式设备的健康监测成果取得重大突破，但它们到目前都还未准备好进入血压监测。第一是智能手表佩戴容易移动，第二是手表侦测血压的技术尚未成熟，对肤色较深或手腕较大的人来说，利用光来获取读数的结果可能不太稳定；此外有些症状如：突发性低血压，若未随时监测血压变化只会措手不及。

这种新型血压传感器使用石墨烯电子纹身传感器，2017年由奥斯汀德克萨斯大学电气和计算机工程教授Deji Akinwande发明。这是一种侵入性较小的设备，也就是将裹在黏性材料中的石墨烯传感器“纹”在手腕皮肤，基本上舒适无感可长时间佩戴，且不会四处晃动。Jafari和Akinwande合作开发了他们在《自然纳米技术》上报道的新型石墨烯血压传感器。

为了制作纹身，研究人员在铜箔上附了一到两层石墨烯，在其上涂上一层200纳米厚的超薄丙烯酸，然后将其转移到商用临时纹身纸上。Akinwande表示，石墨烯的原子级厚度意味着这些贴片与皮肤非常吻合，因此它们不需要粘合剂就能粘附在一起，并保持在原位。此外，佩戴者也不会有任何感觉。

UNIVERSITY OF TEXAS AT AUSTIN/TEXAS A&M UNIVERSITY/NATURE NANOTECHNOLOGY

为了测定血压，研究人员使用石墨烯传感器来测量生物阻抗——通过组织的电流的电阻抗。他们将两排六个石墨烯纹身分别挂在参与者的手腕上。每一排都位于腕部两条主要动脉之一的正上方。每行最外层的贴片向手臂发送小电流，内部的四个贴片测量电压变化，这有助于计算阻抗。

Jafari说，阻抗反映了动脉中的血容量变化，但它不会直接转化为血压。因此，该团队建立了一种机器学习算法，以根据几个不同的参数准确估计血压，这些参数包括血容量变化、压力脉冲在两个部位之间的传递时间、脉冲到达两条动脉之间的时间差以及动脉的弹性特性。

作为演示，研究人员将石墨烯传感器放置在七名人类参与者身上，并在志愿者进行积极锻炼时测量血压。为了确定准确性，他们将读数与使用金标准血压袖带技术获取的定期读数进行比较。

此外，纹身在暴露于光和热或接触水或汗液后也不会退化。测试实验结果表明，石墨烯传感器能准确监测动脉血压连续超过300分钟（五个小时）。Jafari说，由于纹身可以保持七天，因此很容易进行更长时间的监测。

第一代传感器是有线的。电压数据通过金属线从纹身传输到读出电子设备。但Akinwande说，他们计划下一步开发一种无线传感器。“这将需要我们设计一种可以无线发送数据的芯片，”他说。