石墨烯電子紋身血壓計(jì)研制成功

據(jù)Kireev D 2022 年8 月8 日[Nat Nanotechnol，2022，17（8）：864-870.]報(bào)道，美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校研究人員開發(fā)出石墨烯電子紋身（graphene electronic tattoos，GET）血壓計(jì)，測量血壓準(zhǔn)確度較高，收縮壓（systolic blood pressure，SBP）誤差為（0.2±5.8）mmHg，舒張壓（diastolic blood pressure，DBP）誤差為（0.2±4.5）mmHg，平均動脈壓（mean arterial pressure，MAP）誤差為（0.1±5.3）mmHg。

僅捕捉瞬時血壓值，還可能會出現(xiàn)“白大衣高血壓（看見穿白大褂的醫(yī)生，血壓就升高）”誤判，或錯過血壓預(yù)警與識別疾病全貌。 一些血壓連續(xù)監(jiān)測方法主要依賴于光學(xué)、聲學(xué)或力學(xué)模式。 這些系統(tǒng)的共同缺點(diǎn)是體積大并且與皮膚的彈性特性不相容。 在非臨床（動態(tài)）環(huán)境中持續(xù)監(jiān)測動脈血壓對于了解人體多種健康狀況至關(guān)重要。醫(yī)生依靠袖帶血壓計(jì)測量SBP、DBP 和MAP 的瞬間值。 然而，人體血壓全天波動很大，且與個人行為、日常習(xí)慣和生活方式等相關(guān)，因此必須持續(xù)定期監(jiān)測患者的血壓，及時對高血壓預(yù)警和預(yù)后護(hù)理。

美國研究人員發(fā)現(xiàn)可導(dǎo)電的GET 可持續(xù)收集皮膚傳導(dǎo)的小電流，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析血壓結(jié)果；石墨烯的薄層會牢牢粘在皮膚上，不會四處滑動，可避免“偽影”數(shù)據(jù)；GET 可以在皮膚上佩戴大約1 周。

該研究使用原子級薄GET 和生物阻抗（bioimpedance，Bio-Z）作為測量模式的血壓測量數(shù)據(jù)集。 該GET 使用了高質(zhì)量化學(xué)氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）石墨烯，并在超薄的200 nm 聚甲基丙烯酸甲酯層上制造。 石墨烯是一種類似于石墨鉛筆內(nèi)部的碳，這種材料是導(dǎo)電的，電子紋身血壓計(jì)位于一種粘性、有彈性的材料中，包裹著傳感器，長時間佩戴舒適且不會滑動。 這意味著它可以通過皮膚傳導(dǎo)小電流，并且這種電子紋身會牢牢粘在皮膚上。 通過Hioki LCR IM3536 研究石墨烯-皮膚阻抗，并從手腕上的橈動脈和尺動脈測量Bio-Z。

該設(shè)備通過將電流射入皮膚然后分析身體的反應(yīng)（稱為生物阻抗）來進(jìn)行測量。 生物阻抗與血壓變化之間存在相關(guān)性，血壓變化與血容量變化有關(guān)。 然而，相關(guān)性并不是特別明顯，因此該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個機(jī)器學(xué)習(xí)模型來分析這種聯(lián)系以獲得準(zhǔn)確的血壓讀數(shù)。 一旦石墨烯薄層捕獲原始數(shù)據(jù)，機(jī)器學(xué)習(xí)算法就會解釋信息并以mmHg（用于測量血壓的單位）提供結(jié)果。 使用機(jī)器學(xué)習(xí)回歸模型將記錄的生物阻抗與血壓相關(guān)聯(lián)，從而構(gòu)建血壓監(jiān)測數(shù)據(jù)庫平臺。這個數(shù)據(jù)庫將4 通道GET 生物阻抗信號與血壓和光電容積脈搏波（photo plethysmo graphy，PPG）信號共享原始時間數(shù)據(jù)。 GET 血壓計(jì)用于監(jiān)測個體（n=7）的動脈血壓，每個個體持續(xù)300 min以上。 在臨床試驗(yàn)過程中，使用醫(yī)療級血壓監(jiān)測設(shè)備Finapres NOVA 測量患者血壓作為對照。 試驗(yàn)中，每例患者均接受（4±1）h 的連續(xù)血壓監(jiān)測，進(jìn)行了約（2 500±600）次血壓測量，獲得18 667 個數(shù)據(jù)點(diǎn)。 研究結(jié)果表明GET 血壓計(jì)測量血壓準(zhǔn)確度較高。

該項(xiàng)研究設(shè)備將有機(jī)會了解人們的血壓在白天是如何波動的，將能夠量化血壓對人們身體的影響。使用GET 技術(shù)將患者從機(jī)器中解脫出來，可實(shí)現(xiàn)在任何地方都能收集血壓數(shù)據(jù)。 醫(yī)生根據(jù)連續(xù)血壓數(shù)據(jù)結(jié)果，對患者進(jìn)行個性化護(hù)理，這將推動醫(yī)學(xué)進(jìn)步。

該團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)第二代GET 血壓計(jì)，預(yù)計(jì)將在未來5 年內(nèi)推出。 第二代GET 血壓計(jì)體積將更小，且使用藍(lán)牙技術(shù)和近場通信（near-field communication，NFC）傳輸數(shù)據(jù)，并與為其供電的智能手表和手機(jī)兼容。 用于持續(xù)血壓監(jiān)測的GET 血壓計(jì)即將進(jìn)行臨床試驗(yàn)，并在不久之后成為主流。