科研資訊

我國科學家設計出兼具加速傷口愈合和靈敏人機交互的高性能可穿戴柔性傳感器

北京化工大學等科研團隊開發出可愈合高性能表皮傳感器。研究成果發表在Advanced Functional Materials期 刊（Volume 32, Issue 47，November 17, 2022），論文標題 為“Flexible Accelerated-Wound-Healing Antibacterial MXene-Based Epidermic Sensor for Intelligent Wearable Human-Machine Interaction”。

導電水凝膠制成的柔性表皮傳感器在個性化醫療、多功能電子皮膚和人機界面等領域已得到廣泛應用。但是，在可穿戴人機交互的高性能醫療（尤其是電生理信號）傳感以及后續醫療的加速傷口愈合方面，同時具有可靠自愈能力和卓越傳感性能的導電水凝膠表皮傳感器仍然是一個巨大的挑戰。該研究將用抗菌銀納米顆粒修飾的MXene（AgNPs/MXene）納米片引入瓜爾豆膠（GG）和苯硼酸接枝海藻酸鈉（Alg-PBA）的聚合物網絡中，制備出MXene基水凝膠，然后將MXene基水凝膠組裝成柔性表皮傳感器。該傳感器可以靈敏地監測人體活動和微小的電生理信號，為康復訓練以及心血管和肌肉相關疾病提供重要的臨床信息，具有優異的傳感性能。此外，MXene基水凝膠能夠直接注射到傷口部位，加速傷口愈合，具有優異的自愈能力，強大的可注射性和可靠的抗菌性。

該研究提出的兼具加速傷口愈合和靈敏人機交互的高性能可穿戴柔性傳感器，為進一步與其他生物醫學技術集成來改善人類健康提供了新思路。

俄羅斯科學家用3D技術打印出測量血液膽固醇的傳感器

俄羅斯烏拉爾聯邦大學（UrFU）的研究人員制作了一種用于測量血液膽固醇水平的全新傳感器設備。該系統不使用蛋白質化合物（一種酶），而是用氯化銅（一種無機類似物）取代，這使得更經濟地制造膽固醇測量儀成為可能，并提高了血液檢測的速度、便利性和可及性。

這項新技術只需要少量的血液來檢測膽固醇水平。血液被放入一個含有乙腈中的氯化銅溶液的分析芯片中，該芯片包括一個電極，該電極與一個提供分析結果的伏安分析器相耦合。這種新的芯片分析膽固醇水平的方法還有一個好處，那就是包括帶有分子印記的聚合物的磁性納米粒子，可以選擇性地吸收膽固醇，同時過濾掉血液中對血液成分很重要的其他物質。

集成了該系統所有元素的微流控芯片是在一臺3D打印機上打印出來的，這也促進了該設備的生產過程更加快速?？茖W家們進行的第一次測試是在模仿血清的模型溶液上，下一階段工作將在真實的血液樣本上測試該系統。

中科院海洋所研制出首套深海多通道拉曼光譜探測系統

中國科學院海洋研究所研制出國際首套深海多通道拉曼光譜探測系統，實現了冷泉噴口流體、天然氣水合物動力學過程、冷泉生物群落的長期原位觀測與現場實驗，并在我國南海冷泉區域構建首套深海原位光譜實驗室。相關研究成果以Development and deployment of lander-based multichannel Raman spectroscopy for in-situ long-term experiments in extreme deepsea environment為題，發表在Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers上（Volume 190, December 2022, 103890）。

科研團隊前期研發的探針式深海激光拉曼光譜探測系統已常態化應用到深海沉積物孔隙水、冷泉和熱液噴口流體、化能合成生物群落內部流體、天然氣水合物以及冷泉和熱液噴口系統附近巖石礦物的原位探測與定量分析。然而，隨著深海熱液和冷泉系統研究的深入，科學家逐漸認識到深海熱液或冷泉系統是有機統一的整體，冷泉和熱液活動在時間和空間上均具有強烈的不均勻性。已有的深海原位拉曼光譜儀的探測是短期瞬時且相對獨立的，難以捕捉冷泉和熱液系統等高動態和非均勻環境中不同目標之間的動態規律和潛在聯系。

為此，研究人員研制了國際上首套深海多通道拉曼光譜探測系統（Multichannel Raman insertion probes system，Multi-RiPs），研發了光路切換技術，實現了主要光學器件（如激光器、光譜儀、光電傳感器等）的分時復用，結合系列化拉曼光譜探針，實現了深海熱液、冷泉系統中流體、固體、氣體等不同相態目標物的長期原位監測。

為了明確甲烷在深海冷泉噴口附近的轉換通道以及冷泉區域的甲烷釋放通量，研究團隊使用深海多通道拉曼光譜探測系統搭載深海坐底長期觀測系 統（Long-term ocean observation platform，LOOP）于2020年、2021年、2022年布放于我國南海北部的臺西南冷泉區域，實現了冷泉噴口流體中主要成分、天然氣水合物與深海環境的耦合變化過程、冷泉生物群落內部甲烷氧化過程的長期原位探測與現場實驗，建設了國際首套深海原位光譜實驗室，并在深海冷泉、熱液等區域常態化運行。

研究工作得到國家自然科學基金、山東省自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項等的支持。

中國科大利用毫米波雷達實現非接觸心電圖實時監測

中國科學技術大學吳曼青院士團隊陳彥教授、孫啟彬研究員等人在無線人體感知研究中取得重要進展，實現了基于毫米波雷達的非接觸人體心電圖實時監測，突破了百余年來心電圖僅能通過接觸式傳感器獲取的局限。相關研究成果以“Contactless Electrocardiogram Monitoring with Millimeter Wave Radar”為題發表于IEEE Transactions on Mobile Computing，并于11月28日被IEEE（國際電氣與電子工程師協會）旗艦出版物IEEE Spectrum特別報道。

該團隊聚焦于當前公共健康領域的痛點問題，研究非接觸式心電圖監測技術以突破傳統心電圖監測接觸式測量的應用瓶頸。陳彥等人利用心臟電活動與機械活動是心臟活動同源不同表征的特性，使用毫米波雷達以非接觸形式測量體表的心臟機械活動，提取四維心臟機械活動信號。該團隊隨后利用深度神經網絡模型對心臟機械活動與電活動之間的非線性映射關系建模，最終還原出心電波形。

陳彥介紹：“新方法中，被測者不需要佩戴電極，也不需要去除衣物，可以無感的方式完成心電圖監測?！痹谘芯恐校芯咳藛T在0.5米非接觸感知距離、不同生理狀態和人體相對靜止躺姿約束的實驗設計下，對35個實驗對象實現了非接觸心電圖監測。

與傳統心電圖相比，非接觸式心電圖實現了時間中位數精度小于14毫秒、形態中位數精度大于90%的監測性能。此外，該方法的監測結果支持對心血管疾病診斷中的關鍵指標——心跳間期的穩定監測，其誤差在9毫秒以內。該指標對心律失常、心肌梗死等疾病具有重要的診斷價值。

研究團隊目前正在與相關醫院進行合作，一旦獲得臨床認可，該技術將為心律失常、心肌梗死等疾病的日常監測與診斷提供重要的幫助。