npj flexible electronics | 青岛大学研发MXene柔性可穿戴传感器，像一张创可贴精准预测实时血压

“目前市面上的柔性传感器，要么为了性能牺牲舒适度，要么为了舒适度牺牲精度。”该研究的作者在论文中指出。传统传感器常用的聚合物基底，就像一层不透气的塑料薄膜，长时间佩戴会引起皮肤的闷热、不适甚至过敏。

尽管苹果、华为等科技巨头纷纷布局可穿戴健康设备，但要在保证舒适性的前提下，实现精准、连续的血压监测，始终是业界公认的“圣杯级”难题。为了攻克这一难题，研究团队将目光投向了近年来备受瞩目的二维材料——MXene。

图1：基于 MXene 织物（MF）的传感器的制备示意图及其各种应用。

MXene是一种具有金属般高导电性的二维纳米材料。当它附着在织物上时，织物的纤维网络在受到压力时会被压缩，纤维间的MXene纳米片会更加紧密地接触，形成更多的导电通路，从而导致电阻发生变化。这种压阻效应正是传感器的核心工作原理。

然而，仅有MXene还不够。研究的第一个巧妙之处在于，他们选择了一种极其普通却又关键的基底材料——多孔聚酯纺织品（一种无尘布）。这种材料本身柔软、透气，且弹性模量较低，意味着在微小压力下也能产生足够大的形变，从而“放大”电阻的变化，极大地提升了传感器的灵敏度。

而点睛之笔，则是引入了电纺TPU纳米纤维膜。这种通过静电纺丝技术制备的薄膜，内部形成了天然的三维纳米级多孔网络结构。它不仅为传感器提供了稳定的支撑，更重要的是，赋予了整个设备前所未有的透气性。测试数据显示，这款“MXene电子皮肤”的透气率高达60.1 mm/s，远超传统的PDMS薄膜（0.92 mm/s），甚至优于许多医用胶带。志愿者长达一周的佩戴测试也证实，传感器未引起任何皮肤不适或过敏反应。

图2：MF 传感器的微观结构和元素分析。

最终诞生的这款传感器，性能堪称惊艳：

如果说高性能的硬件是“眼睛”，那么强大的算法就是“大脑”。该研究最激动人心的突破，在于将传感器与机器学习算法结合，实现了精准的血压预测。

图3：MF 压力传感器的应用。

团队设计了一个4×4的传感器阵列，当它贴在手腕上时，可以像雷达一样扫描并锁定脉搏信号最强的“黄金点位”。采集到的连续脉搏波，是一种蕴含丰富生理信息的复杂信号。研究人员利用偏最小二乘法（PLS）回归模型，从这些波形中提取出脉搏波传递时间（PTT）、反射波传递时间（RWTT）等与动脉硬化程度和血压密切相关的关键特征参数。

通过在志愿者身上进行的大量测试，AI模型学会了脉搏波特征与真实血压值（通过商用血压计同步测量）之间的复杂映射关系。训练完成后，该系统便能“看波识压”——仅通过分析“电子皮肤”捕捉到的脉搏波，就能实时推算出收缩压（SBP）、舒张压（DBP）和平均动脉压（MAP）。

图4：基于可穿戴传感器的血压监测综合评估。

结果令人振奋。与金标准（商用血压计）相比，该系统的预测值表现出极高的一致性。根据国际公认的AAMI医疗设备标准，血压监测设备的平均误差需小于5 mmHg，标准差小于8 mmHg。而该系统的平均误差低至-0.20 mmHg（SBP），标准差也远低于标准要求，达到了英国高血压学会（BHS）的A级精度，这证明了其具备作为医疗级监测工具的潜力。

目前，类似的高性能柔性电子皮肤技术已经在多个前沿领域展现出应用潜力。例如，斯坦福大学的研究团队开发了一种可拉伸的微针传感器贴片，能够通过汗液实时、无创地监测血糖及乳酸水平，为糖尿病患者和运动员提供即时反馈。在神经科学领域，韩国基础科学研究所的科学家们则研发出一种超薄的“电子纹身”，可以像临时纹身一样贴在皮肤上，长时间稳定地记录心电图和肌电图信号，用于心脏健康监测和辅助人机接口。此外，基于不同传感机理（如摩擦电、电容式）的柔性传感器也被广泛探索，用于步态分析、康复训练监测、早期帕金森病症状识别，甚至是监测植物的生长信号，这些应用共同构成了智能可穿戴技术和物联网的未来版图。

这项研究展示的不仅仅是一个血压计的替代品。在实验中，团队还将传感器阵列贴在手掌上，成功监测了人手在抓握不同大小杯子时的精细压力分布图。这预示着该技术在智能手套、远程机器人操控、虚拟现实等前沿人机交互领域也拥有广阔的应用前景。

从监测心血管健康到赋能智能机器人，这款集柔性电子、先进材料与人工智能于一体的“电子皮肤”，为我们描绘了一幅通向未来的蓝图——一个由智能、无感、精准的传感器网络守护人类健康、增强人类能力的未来。