非侵入式心血管疾病预测：可打印弹性电子皮肤的创新应用

引言

心血管疾病（CVC）是全球范围内导致死亡的主要原因之一，其早期诊断和及时治疗至关重要。然而，现有的诊断技术大多需要在医疗机构进行，并且依赖专业人员的操作，这在很大程度上限制了疾病的早期发现和及时干预。随着工业5.0的兴起，人们对于实时数据收集和个性化计算的需求日益增长，这为可穿戴设备和传感器技术的发展提供了新的机遇。本文将介绍一种基于可打印弹性电子皮肤的心血管疾病非侵入式预测技术，该技术有望在家庭和社区环境中实现心血管疾病的早期监测和预警。

正文

一、研究背景与意义

心血管疾病具有隐匿性强、进展快的特点，许多患者在早期没有明显症状，导致病情恶化时才被发现。传统的诊断方法如心电图（ECG）、超声心动图等，虽然能够提供较为准确的诊断信息，但需要专业的医疗设备和人员操作，且无法实现长期连续监测。因此，开发一种能够在日常生活中实时监测心血管健康状况的非侵入式技术，对于降低心血管疾病的发病率和死亡率具有重要意义。

二、电子皮肤技术简介

电子皮肤（e-skin）是一种模拟人类皮肤功能的柔性电子器件，能够感知压力、温度、湿度等多种物理量。近年来，基于电子皮肤的传感器技术在医疗健康领域得到了广泛应用，尤其是在心血管疾病的监测方面。电子皮肤可以通过检测人体脉搏波的变化，获取与心血管健康相关的重要参数，如心率、血压、动脉僵硬度等，从而实现对心血管疾病的早期预警和诊断。

三、研究方法与实验

本研究开发了一种基于可打印弹性电子皮肤的心血管疾病预测技术。该电子皮肤由液态弹性体和碳纳米管复合材料制成，通过模板印刷技术制备而成。实验中，研究人员首先对不同体积分数的碳纳米管复合材料进行了电学性能测试，确定了最佳的复合材料配比。然后，将制备好的电子皮肤贴附在人体手腕的桡动脉位置，通过检测脉搏波的变化，获取与心血管健康相关的关键参数。

四、实验结果与分析

实验结果表明，该电子皮肤具有优异的线性度和灵敏度，能够在0-0.78%的应变范围内准确检测脉搏波的变化。通过分析脉搏波的特征波峰，研究人员计算了血管增压指数（AIr）、脉搏波传导时间（PPT）、动脉僵硬度指数（SI）等心血管参数。结果显示，该电子皮肤能够准确反映健康志愿者的心血管健康状况，其检测结果与传统血压计测量结果具有良好的一致性。此外，该电子皮肤还具有良好的循环稳定性，在500次弯曲循环后，其电学性能没有明显下降，能够满足长期监测的需求。

五、应用前景与挑战

该电子皮肤技术在心血管疾病的早期监测和预警方面具有广阔的应用前景。它可以集成到智能手表、手环等可穿戴设备中，为用户提供实时的心血管健康监测服务。用户可以通过手机APP等终端设备，随时查看自己的心血管健康数据，并根据系统提供的健康建议，及时调整生活方式和就医策略。此外，该技术还可以应用于医院、养老院等机构，为患者提供个性化的健康管理方案，提高医疗服务的效率和质量。

然而，该技术在实际应用中也面临一些挑战。首先，电子皮肤的制造成本较高，需要进一步优化生产工艺，降低生产成本，以满足大规模推广的需求。其次，电子皮肤的准确性和可靠性需要在更广泛的人群中进行验证，尤其是在不同年龄、性别、健康状况等条件下，其检测结果的稳定性和一致性需要进一步研究。此外，如何将电子皮肤与现有的医疗信息系统进行有效整合，实现数据的共享和分析，也是未来研究的重要方向。

结论

综上所述，基于可打印弹性电子皮肤的心血管疾病非侵入式预测技术，为心血管疾病的早期监测和预警提供了一种新的解决方案。该技术具有操作简便、检测准确、易于集成等优点，有望在家庭和社区环境中实现心血管疾病的早期发现和及时干预，从而降低心血管疾病的发病率和死亡率。未来，随着技术的不断完善和应用的推广，该电子皮肤将为人类的健康生活带来更多的便利和保障。

图1. 基于m-LIR/MWCNT组合物的电子皮肤用于心血管疾病预测的制造过程

图2. a) 各种动脉位置的图示。b) 记录到的各种动脉的脉搏波，包括颞动脉、颈动脉、肱动脉、后动脉和背动脉。c) 各个动脉的放大脉搏波。

图3. a) 运动前、运动后立即和休息5分钟后记录的脉搏波。b) 运动前、c) 运动后、d) 休息5分钟后的放大脉搏波。e) 庞加莱图用于测量心率变异性。

参考文献：Adv. Healthcare Mater. 2025, 2404056