测量脉搏的传感器 以DNA结构为灵感，港城大团队研发脉搏传感器，耐用性达6000次
以DNA结构为灵感，港城大团队研发脉搏传感器，耐用性达6000次
“我们从前做纺织品时，从未考虑过双股线和自然界的关系，完全是从实用角度去研发技术。但是，DNA 双螺旋的结构在纺织上使用了几千年，人类到现在还是广泛使用它，可能将来也不会改变它，而这也让我们感受到了自然界的奇妙和它在纺织领域的映射。 ”将纺织双股线和 DNA 双螺旋结构“结合”在一起，是香港城市大学生物医学工程系教授胡金莲的近期新发现。
图 | 胡金莲（来源：胡金莲）
近日，该团队在 Advanced Materials 发表了一篇论文，题为《用于表皮脉冲监测的具有类似 DNA 的双螺旋线的超快速反应/恢复柔性压阻式传感器》（Ultrafast-Response/Recovery Flexible Piezoresistive Sensors with DNA-Like Double Helix Yarns for Epidermal Pulse Monitoring）。
图 | 相关论文（来源：Advanced Materials）
在纺织上，双股线十分常见，同时也是基本结构之一。在研究过程中，胡金莲发现双股线的结构非常好用。后来他们联想到，该结构跟 DNA 是一样的。研究中，他们主要达成了如下两个目标：其一，解决了纺织材料应用于压力传感器的恢复滞后性；其二，开发了在中医号脉等场景下所需要的压力传感器。
（来源：Advanced Materials）
一个“说来话长”的研究
香港城市大学生物医学工程讲座教授张元亭是胡金莲的同事，也是做血压测定和心血管方面的专家。更早之前，他在香港中文大学工作，双方有时会一起参会。
现在，张元亭在香港科技园有很大的一个中心，政府拨款了几个亿，专门开发与心血管有关的实时监控设备。对方拉上胡金莲一起合作，期间后者派出一名学生去了解张元亭课题组希望解决的问题。获知他们需要测量血压的压力传感器，胡金莲和学生做出几个版本，其中有一个版本的相关论文，在几年前就已发表。
由于是学习纺织出身，因此她主要通过设计织物结构，来实现传感器的性能。后来，她找到一种纱线，测试了单根、双根、四股等不同的构型，结果发现两股交织的性能最好，于是就用它来做压力传感器。
这种传感器主要有两个优势：首先，在号脉时脉搏是上下不断跳动的，而且它的跳动的次数很频繁，这导致材料会经历变形-恢复-变形的循环，利用双股线制备的传感器几乎没有滞后性，这说明它的恢复能力非常强。另外，由于号脉的力度不是很大，因此必须把传感器的响应控制在力的范围内，这样它的效果才会比较明显，否则传感器的性能和滞后性都会发生变化。总之，这种传感器在测量脉搏时是准确的，没有滞后性、并且可重复性较为突出。
（来源：Advanced Materials）
学生正在孵化相关公司
胡金莲表示，本次应用主要和身体有关，将来也有望用在机器人上。可穿戴设备最大的要求，是要和皮肤贴合或者符合人的生理结构。首先，它要容易变形，因为身体都是不规则的。其次，它需要特别柔软。要知道，我们皮肤上有很多的传感器，稍微不匹配就容易让人感觉不舒服。
以前，人们可能会用一个硬的光电器件放在皮肤上，然后收集数据进行处理，这肯定是不符合身体需求的。后来出现了柔性设备，它基本上是可以弯曲的。但这仍然不够，于是又出现了可伸缩材料。而纺织品可以适应多种形变，包括拉伸、弯曲、剪切，因此是研发可穿戴设备理想型材料。
（来源：Advanced Materials）
在后续计划上，目前香港城市大学已经成立了一个基金，胡金莲的学生也在成立公司。不过，他们只是做了一个传感器，如果要做真正可应用的器件，还需要更加全面的研究。比如，需要添加可靠的电极，把信号抽取出来进行处理，做以参数化之后再进行显现。由于该项目是香港城市大学 HK300 的创新项目，不允许老师做主要负责人，所以胡金莲只是作为顾问和股东，具体是学生去操作。
“一条龙”地做研究
据悉，胡金莲是湖北人，28 年前来到香港。在内地读完硕士之后也进入社会工作过，之后获得中英合作技术奖学金，被公派到英国去留学。拿到博士学位之后，她回到国内工作，先是在香港理工大学工作，后来到香港城市大学。目前团队大概 30 人。
学生时代学习纺织，并非源于常人想象的“女孩子可能更热爱纺织”的常见理由。相反她说在读本科时，对纺织实在是没有什么感觉，而是更喜欢科学。读大学时，适逢“十年动乱”刚过去没多久，条件也比较欠缺。学习纺织工程时，很多机器结构她都没见过。而在听课时，她觉得这些东西都是人规定的，因为那时主要学习怎么织布、学习机器的结构，以及设计原理和功能制造，所以她认为有点儿浪费时间。
后来读硕士时，她选择了纺织材料学，因为纺织材料学和科学更加接近。彼时，纺织材料学是一个相对特殊的专业，而来到东华大学读硕士时（当时叫中国纺织大学），刚好有这个专业。在纺织专业中，她没学过工程类的知识，所以很难理解和推导。
但是对于纺织材料学，她可以通过阅读相关的书，去了解其中的内涵。学了一个定理就可以推出其它东西，而不需要研究那些机器。后来因为胡金莲是外校考进去的，学校就把她调剂到纺织产品，这是纺织工程和纺织材料结合的一个专业。之后，她到英国去留学，也延续了这方面的研究。毕业后入职香港理工大学，一开始教授纺织工程的课程，但是她做的科研几乎全部都是材料方面的。
从纤维、到布、到服装，后来她又进一步往材料方向转，后又开始做高分子材料的合成。此外，香港理工大学有纺织系，因此从纺织材料、到服装、再到销售都是她的教学科研范畴。她说：“从高分子材料的合成，再到纺织成品的性能，我都是‘一条龙地’地做，这种经历是非常独特的，一般人是没有的。”
同时，这也和香港的商业环境有关，当时她想做功能性智慧织物，这种材料在香港很有市场，相关公司也有很多。收到公司资助之后，她就可以去香港政府申请大项目，这种项目往往是从材料设计、到合成加工、再做成纺织品。做了几轮大项目，也让她和公司合作得特别得心应手，公司也特别喜欢她。
胡金莲表示：“我没有把自己当作是一个女性教授，或者有什么劣势和优势，我没考虑过这个问题。基本上是该做什么就做什么，不卑不亢的。最重要的是，我对研究背景的上下游都很了解，并且可以把它们从头到尾有机地结合起来。”
比如，要开发一个产品，首先得了解产品的要求。这时，胡金莲会实事求是地去找出问题，进而寻找解决方法。她说：“这些解决方法并不受纺织或高分子材料的限制，只要是我认为能解决问题的学问，包括纳米科技和生物医学最前沿的东西，我都愿意去学。”
目前，她有 50 个专利授权、30 多个在申请专利。在香港，她是较早去申请专利的老师。1994 年，当时香港的科研活动并不多。作为来得比较早的一批学者，她很活跃并做了一些开拓性工作。比如，当时在大学里并没有老师去申请专利，相关的配套服务也没有。后来在她的努力下，学校开始建立知识产权办公室，甚至有副校长专门负责。她说：“我见证了这一过程，也是最早参与的，同时还推动了香港理工大学和香港城市大学在专利方面的发展。”
不久之后有望收到商业回报
目前，胡金莲在香港城大拥有一个可穿戴医疗健康材料中心，研究方向包括服装材料和纺织材料等。具体来说有三个方向：第一个方向是中医和能量疗法，包括针灸和刮痧，电磁光等；第二个方向是蜘蛛丝仿生及其应用，第三个方向是稚嫩材料特别是服装及生物材料。
“材料是我们的强项，”她说，“在做能量和中医疗法时，也会从材料出发。例如，刮痧板到底是用牛角好？还是用陶瓷好？借此我们也能研究材料和生物体之间的相互作用。”
在产业孵化上，她表示：“我来香港城市大学有两年了，组里学生拿到了三个商业化的项目包括一个天使基金，除了香港城市大学的资助之外，我们也拿到了香港科技园资助的两个项目。此外，我在香港理工大学也有一个项目，这些项目都在孵化中，可能马上会有一定的效果和商业回报。”
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支持：大义
参考：
1、Chen, J., Zhang, J., Hu, J., Luo, N., Sun, F., Venkatesan, H., ... & Zhang, Y. (2022). Ultrafast‐Response/Recovery Flexible Piezoresistive Sensors with DNA‐Like Double Helix Yarns for Epidermal Pulse Monitoring. Advanced Materials, 34(2), 2104313.
驿路通申请光纤光栅脉搏传感器专利，大大提高了脉搏振动灵敏度和远程信号传输的准确度
金融界2024年2月28日消息，据国家知识产权局公告，武汉驿路通科技股份有限公司申请一项名为“一种光纤光栅脉搏传感器的监测方法及系统“，公开号CN117598677A，申请日期为2023年12月。
专利摘要显示，本发明公开了一种光纤光栅脉搏传感器的监测方法及系统，涉及光纤传感技术领域，所述监测方法包括步骤：搭建刻写平台，并在刻写平台上制备出多芯光纤光栅；在多芯光纤光栅的两端施加预应力，并放置在手环模具当中，采用流动性双组份液体硅橡胶填充手环模具，并凝固成形；将多芯光纤光栅封装在生物仿真手环内部，完成光纤光栅脉搏传感器的制作；定位生物仿真手环于病人手腕处，病人脉搏的振动引起光纤光栅脉搏传感器的波长变化；通过解调仪将光纤光栅脉搏传感器的波长变化转化为脉搏跳动信号输出。本发明基于多芯光纤光栅封装成脉搏振动传感器，通过对几个纤芯光栅波长变化量的综合分析解调，大大提高了脉搏振动灵敏度和远程信号传输的准确度。
本文源自金融界
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