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石墨烯,测量血压的临时“纹身”
血压是一个关键的生命体征,可以让我们深入了解心血管健康。但是临床医生通常每年只测量几次血压——而且这些测量值可能并不总是准确的(例如,也许你在医生办公室感到紧张)。可以连续监测血压的可穿戴设备将提供更多信息读数,使临床医生能够观察趋势并检测随之而来的血压变化,最终改善心脏健康。
 
近十年前,NIBIB 与印度政府合作,率先开展了一项国际努力开发可穿戴的无袖口系统。基于多年的研究,科学家们现在正在对这种设备进行微调。该设备由世界上最薄的材料之一石墨烯制成,佩戴在手腕下方,可以测量血压,其精度与标准血压袖带相当。虽然该技术仍处于早期阶段,但研究人员预计该显示器将全天候 24/7 佩戴。该设备最近在 《Nature Nanotechnology》期刊中有所描述。
 
“血压监测仪是在 19 世纪末开发的,核心技术没有发生重大变化,”NIBIB 健康信息技术部项目主任 Tiffani Lash 博士解释说。“与传统的血压袖带不同,该设备可以实现连续和不显眼的监测,这可以为远程、全天候的血压评估铺平道路。由于心血管疾病是全球死亡的主要原因,因此这种设备有能力减少可能可预防的死亡。”

 

乍一看,血压计就像一个临时纹身——石墨烯和里面的微小组件就像小而透明的贴纸,直接贴在皮肤上。应用甚至是相似的:将连接在薄纸条上的设备放在皮肤上,用水将纸弄湿,然后轻轻取下纸,将血压计留在后面。
 
研究作者、德克萨斯大学奥斯汀分校教授 Deji Akinwande 博士解释说,之前已经研究过类似的“电子纹身”,但它们通常使用不完全贴合皮肤的金属薄膜。“对于以前的设备,金属膜和皮肤之间存在大量滑动,导致运动伪影,可以掩盖我们试图捕捉的真实信号,”他说。“因为石墨烯非常薄且灵活,它不会受到运动伪影的影响,我们可以在很长一段时间内捕获精确的测量结果。”
 
纹身不像传统监测器那样直接测量血压。相反,纹身依赖于生物阻抗——一种衡量身体抵抗电流的方法。纹身包含微小的电极,可以向手腕的动脉施加小电流,然后感知电流如何受到动脉的影响。然后可以使用机器学习将这些生物阻抗测量值转换为血压读数。
 
研究人员评估了七名健康人的生物阻抗纹身。平均而言,每个参与者都被连续监测了大约四个小时,每个参与者大约进行了 2,000 次测量。参与者进行了各种练习来有意提高血压,例如完成手握练习、骑固定自行车或进行瓦尔萨尔瓦动作(当一个人试图在他们的嘴巴闭上并捏住鼻子时用力呼气)。在这些实验中,参与者还佩戴了医疗级血压监测仪以提供参考血压测量——研究人员发现,他们的生物阻抗纹身可以高精度地确定参与者的血压。
 
接下来,研究人员评估了他们的系统在超出初始实验评估范围的情况下计算血压读数的能力。参与者被邀请进行额外的活动,例如步行或进行剧烈运动(例如大量出汗的户外步行或俯卧撑)。在这些活动之后,研究人员评估了血压读数(当参与者静止时测量)。虽然生物阻抗纹身可以承受光、热、水或汗的暴露,但在运动后监测期间,它们的血压准确度略有下降。研究人员将继续将其他数据(包括运动引起的更高血压测量值)纳入他们的机器学习算法中——这应该会提高它们的准确性。
 
研究人员还设想进一步优化他们的设备,以便可以无线传输血压数据。截至目前,纹身需要使用细金线连接到外部设备,这样才能读取血压。

 

研究作者 Roozbeh Jafari 博士说:“第一代设备仍处于早期阶段,但这项技术的前景是它可以随时佩戴并提供丰富的生物物理数据。”德克萨斯 A&M 大学教授和 NIBIB 资助的主要作者。“血压和高血压与严重且危及生命的健康状况有关,持续监测这一生命体征的能力可以为改善公共卫生的积极干预提供信息。”
 
而作为研究表明大流行期间血压水平升高,寻找持续监测血压的方法,尤其是在高血压患者中,可能变得越来越重要。
 
摘自《 The Graphene Council》网站
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