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  隨著社會的老齡化發展和人們對心血管健康的日益關注，人們對適合日常生活中長期穿戴的更舒適的心電監測系統的需求越來越大。如果該系統能夠像一位醫生一樣實時監測并診斷佩戴者心血管狀況，及時提供個性化的建議，將很有利于促進日常個人心血管健康監護，緩解醫療資源失衡的壓力。

 圖1 類似“隨身醫生”的可穿戴智能心電監測系統

  面向日常生活中長期高舒適心電監測需求，清華大學任天令教授團隊實現了一種基于MXene-聚氨酯網的多功能、透氣、穿戴幾乎無感的電子皮膚（MPM E-Skin）。當用作心電電極時，電子皮膚具有很低的電極-皮膚接觸阻抗，高信噪比，高透氣性。當用作應變傳感器時，電子皮膚具有較大的應變測量范圍和獨特的分段靈敏特性，既適合檢測脈搏、聲音等小應變生理信號，也適合監測關節運動等大應變生理信號。更重要的是，通過將MPM電子皮膚與柔性心電處理電路、卷積神經網絡&長-短期記憶網絡（CNN&LSTM）融合智能心電算法相結合，獲得的可穿戴智能心電電子皮膚系統可至少實現連續12小時的十二導聯心電信號實時監測和處理，系統對四種心律失常的診斷準確率超過99%。這些結果表明，MPM電子皮膚在多功能智能醫療系統中具有巨大的潛力。特別本工作初步實現了一種類似于“隨身醫生”的可穿戴智能心電系統，有望用于日常長期的心血管健康監測。 

圖2 MPM電子皮膚的制備方法與表征

  與之前報道的可穿戴電子皮膚相比，本工作具有以下特點:

  1. 實現了一種適合日常長期健康監測的多功能、透氣的MPM電子皮膚。MPM電子皮膚基于Ti₃C₂ MXene和靜電紡絲PU纖維組成的創新性的雙層導電網絡，具有良好的電學和機械性能，且其透氣舒適，適合長期穿戴。當用作心電電極時，電子皮膚具有低電極-皮膚接觸阻抗（1 kHz時4.68 kΩ），高信噪比（16.5 dB），高透氣性（2.1838 kg/m²/day），至少可連續佩戴7天。電子皮膚用作多功能應變傳感器時，其測量范圍大（>40%），具有獨特的分段靈敏度（GF=172.54（0~18.64%），GF=79.38（18.64~50%）），既適合檢測心跳、聲帶振動等微弱的生理信號，也適合檢測人體關節運動等大應變生理信號。 

圖3 MPM電子皮膚應用于多樣化生理信號監測

圖4 MPM電子皮膚的雙層導電網絡及基于其所構建的可穿戴十二導聯智能心電監測系統

圖5智能心電監測系統實現十二導聯心電信號“采集-傳輸-智能診斷”

  基于高性能納米材料和先進的可穿戴系統集成方法，團隊展示了一種柔性、舒適、透氣的MPM電子皮膚，可用于日常生活中長期生理信號監測和診斷。在此基礎上，團隊創新性地實現了“隨身醫生”式的智能可穿戴心電系統，其具有完整的心電“監測-傳輸-智能診斷”能力，適合日常自主穿戴，隨時隨地地進行無感化健康監測。本工作有望為開發真正適合日常長期穿戴的新型可穿戴健康監測設備提供啟示。

  上述相關成果以“Multifunctional, Breathable MXene-PU Mesh Electronic Skin for Wearable Intelligent 12-lead ECG Monitoring System”為題發表在《Chemical Engineering Journal》上論文通訊作者為清華大學集成電路學院任天令教授和楊軼副教授、北京信息科學與技術國家研究中心劉厚方助理研究員，清華大學集成電路學院2019級博士生崔天睿、2021屆博士喬彥聰、2021級博士生李鼎、2021屆碩士黃瀟睿為共同第一作者。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140690