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石墨烯纹身可用于测量血压
出处:AZONANO  录入日期:2022-11-30  点击数:393

  血压是了解心血管健康的关键生命体征。但临床医生通常每年只测量几次血压;这些测量可能并不总是准确的(例如,也许你在医生办公室很紧张)。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相应的血压变化,最终改善心脏健康。
  大约十年前,NIBIB与印度政府合作,率先在国际上努力开发一种可穿戴的无袖带系统。基于多年的研究,科学家们现在正在微调这种设备。该设备由世界上最薄的材料之一石墨烯制成,佩戴在手腕下侧,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,但研究人员设想显示器将24/7全天候佩戴。该设备最近在Nature Nanotechnology上进行了描述。
  “血压计是在 19 年后期开发的千世纪,而核心技术没有看到重大变化,”NIBIB健康信息学技术部项目主任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且不显眼的监测,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,这种设备有能力减少潜在的可预防死亡。
  乍一看,血压计看起来像一个临时纹身——石墨烯和里面的微小成分就像小而透明的贴纸,直接粘附在皮肤上。应用甚至类似:将连接到一条细纸条上的设备放在皮肤上,用水弄湿纸,然后轻轻取出纸,留下血压计。
  类似的“电子纹身”以前已经研究过,但它们通常使用不完全贴合皮肤的金属薄膜,研究作者Deji Akinwande博士解释说,他是德克萨斯大学奥斯汀分校的教授。“对于以前的设备,金属膜和皮肤之间有很多滑动,导致运动伪影,可以掩盖我们试图捕获的真实信号,”他说。“由于石墨烯非常薄且灵活,因此不会受到运动伪影的影响,我们可以长时间捕获精确的测量值。
  纹身不像传统监视器那样直接测量血压。相反,纹身依赖于生物阻抗 – 衡量身体如何抵抗电流的指标。纹身包含微小的电极,将小电流施加到手腕上的动脉,然后感知该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。
  研究人员评估了他们在七个健康个体中的生物阻抗纹身。平均而言,每个参与者被连续监测约四个小时,导致每个参与者大约2,000次测量。参与者进行了各种练习来故意提高血压,例如完成握手练习,兜售固定自行车或执行Valsalva动作(当一个人试图在嘴巴闭上并且鼻子被捏住时用力呼气时)。在这些实验中,参与者还佩戴了医用级血压监测仪来提供参考血压测量值 – 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。
  研究人员接下来评估了他们的系统计算血压读数的能力,超出了他们最初实验中评估的情况。然后邀请参与者进行额外的活动 – 如散步或进行剧烈运动(如广泛的,出汗的户外散步或俯卧撑)。在这些活动之后,研究人员评估了血压读数(当参与者静止时拍摄)。虽然生物阻抗纹身可以承受暴露在光、热、水或汗水中,但在运动后监测期间,它们的血压准确性略有下降。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)整合到他们的机器学习算法中,这将提高其准确性。
  研究人员还设想进一步优化他们的设备,以便血压数据可以无线传输。截至目前,纹身需要使用细金线连接到外部设备,从而可以读取血压。
  “这种第一代设备仍处于早期阶段,但这项技术的承诺是它可以随时佩戴并提供丰富的生物物理数据,“研究作者Roozbeh Jafari博士说,他是德克萨斯A&M大学的教授,也是NIBIB资助的主要作者。“血压和高血压与严重和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可以改善公共卫生的积极干预措施提供信息。
  随着研究表明,在大流行期间血压水平升高,寻找持续监测血压的方法,尤其是高血压患者,可能变得越来越重要。
  这项研究得到了NIBIB(R01EB028106)的部分资助。其他资金来源包括海军研究办公室(拨款N00014-18-1-2706)和国家科学基金会(拨款1738293)。
  研究参考:Kireev,D.,Sel,K.,Ibrahim,B.etal。通过石墨烯生物阻抗纹身连续监测动脉血压。国家纳米技术.17,864–870(2022)。

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