近日，材料科学与工程学院杨维清教授团队博士研究生田果在材料学领域国际著名期刊《Advanced Materials》发表了题为“Hierarchical Piezoelectric Composites for Non-invasive Continuous Cardiovascular Monitoring”的最新成果。该工作提出了一种面向柔性压电复合材料的多级层次化组装设计思路，开发了具有优异机械柔性和压电性能的可穿戴压电传感器件，并成功将其应用于人体心血管生理状态全天实时感知，为心血管疾病的智能预防和诊断提供了行之有效的新思路。材料学院杨维清教授、邓维礼副教授为论文通讯作者，材料学院2021级博士研究生田果为论文第一作者。
心血管疾病已成为人类健康的头号杀手之一，但其患病周期长、隐蔽性强等特征极大阻碍了其临床治疗，因而日常生理状态监测对心血管疾病的提前诊断和治疗至关重要。近年来兴起的柔性可穿戴电子器件突破了传统医疗设备在监测时间和地点上的局限性，能为患者提供便携、全天候的实时智能监测。因此，研发用于心血管生理状态监测的高性能、可穿戴柔性电子器件，对心血管疾病的早诊断、早治疗意义重大。
图1. 层次化压电复合材料心血管监测传感器的设计理念
针对此现状，材料学院杨维清教授团队围绕柔性压电复合材料及传感器件历时多年沉淀，提出利用填料相和基体相之间理化性质失配产生的界面极化来增强压电性的新策略，并通过不同界面的理性组装抑制了界面渝渗导致的极化失效行为，从而研发出压电系数高达41.67 pC N-1(商业压电聚合物仅为27-30 pC N-1)，压力响应灵敏度为39.3 mV kPa-1柔性压电传感器。
基于此，团队验证了压电器件在心血管血液动力学监测领域的应用，实现了诸如血压、局域脉冲波速、心搏出量等重要临床心血管指标的实时检测，其精度与传统商业化传感器相当。进一步，探索了该器件对受试者全天不同生理状态下的心血管状态监测行为，并结合机器学习算法对不同异常状态进行科学分类，为心血管疾病在日常中的预防和诊断提供数据支撑。
图2. 柔性压电传感阵列用于全天心血管状态监测
该项研究工作得到了国家自然科学基金、四川省自然科学基金以及中央高校基础研究经费等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202313612
