infarred light on
Finger
Wrist
head
优异的柔性与可延展特性 可与人体不同部分任意自然贴合
类皮肤柔性光电器件与血氧血压监测
减少运动和组织变形影响！
类皮肤柔性光电器件：随体测试
光源波长: 620 nm &850 nm 每4 s交替点亮
Light drive signal
摆臂
跳动
跑步
➢ 运动状态下，动态监测获取的心电图波形等同于医疗心电图
➢ 贴片/生物兼容材料/防静电材料/紧身运动衣集成
➢ 生物水凝胶参杂二维导电导电材料减小阻抗的影响
运动情况下心电测量-平板实验
超柔心电贴
实时监测心电、运动、呼吸、睡眠 超柔、超薄、完美贴合人体皮肤 测量精度达到医疗标准 低功耗蓝牙技术，超低辐射
➢ 衣服/贴片之间的摩擦引起静电，通过衣物造成影响
贴片/皮肤界面影响
无衣物
紧身衣
宽松衣
摆臂
摆臂
摆臂
跳动
跳动
跳动
跑步
跑步
跑步
➢ 运动状态下，贴片/皮肤的影响小于衣服/贴片的影响
衣服/贴片界面影响消除
无衣物
紧身衣防静电材料保护 宽松衣防静电材料保护
静态监测
静态监测
静态监测
摩擦衣物
摩擦衣物
摩擦衣物
➢ 衣服/贴片之间的摩擦引起静电，通过衣物造成影响
➢ 通过防静电材料屏蔽静电，消除静电引起的噪音
➢ 防静电材料生物兼容性较差
贴片/皮肤界面影响消除
无衣物
紧身衣防静电材料保护 宽松衣防静电材料保护
摆臂
摆臂
摆臂
跳动
跳动
跳动
跑步
跑步
跑步
➢ 控制相对运动、减小水凝胶的阻抗来消除贴片/皮肤界面的影响
智能服装心电动态监测
心电图动态监测
智能服装
内部构造 生物水凝胶
pwv A dP
(3)
dA
再由薄壁圆管的应力应变公式，即可得经典的 Moens-Korteweg(M-K)公式：
pwv Eh
d
其中 E：血管的弹性模量 h：血管的厚度
a
b
c
难点
监测位置任意 自适应皮肤变形 变形影响光路
解决方案 器件轻薄化 柔性可延展
生物光学＋结构设计
类皮肤柔性光电器件：转印集成
Device structure and demission
LEDsChamber ring NhomakorabeaPD
All-in-one structure
类皮肤柔性光电器件：随体测试
Red light on
防水透气传感结构 超柔超薄（~50um）
人体健康应用
基础体温测量
舒适贴合
实现防水、透气类皮肤柔性温度传感器
呼吸监测
桡动脉测量
手指弯曲测量
超薄柔性变形传感器
实现超薄柔性变形传感器，可用于脉搏、动作、帕金森症等监测
新型口鼻呼吸无线监测器件
口鼻呼吸测量原理
无线数据传送
监测鼻口气流温度 呼吸运动
腹式呼吸 胸式呼吸
红光 红外
Hb HbO2
HbO2吸收
红外 探测器响应
强度
浓度
500
600
700
800
900
波长/ nm
血氧精准测量：PPG信号＋血氧饱和度＋脉搏波＋神经活动„
现有血氧测量仪器
透射式
反射式
当前瓶颈： 测量时需静止、不能长期随体测量 无法测量躯体、头部等血氧信息
类皮肤柔性光电器件
血氧精准测量：血氧饱和度＋PPG信号＋脉搏波＋神经活动„
14 合作单位：西安试飞院
血氧测量原理及其生理信息
入射光强 稳定吸收
收缩 舒张
反射光强 Lamber-Beer 定律：
动脉吸收
其他 静脉 组织
（还原）血红蛋白(Hb,HbO2)浓度与吸收 光强成正比
I I e e e 0c0 L0 HbcHbL HbO2cHbO2 L in
双波长光探测
红光
Hb吸收
运动状态下，动态监测获取的心电图波形等同于医疗心电图
剧烈运动下的心电测量
心电图静态监测
心电图动态监测 (器件未做防护)
无衣物跑动 着紧身衣跑动
紧身衣防静电 材料保护
摆臂
跳动
跑步
产品应用推广-飞行员训练过程心电全过程监测
飞行模拟器测试
全程监测试飞员训 练 过程心率变化过 程， 准确捕捉紧张 时刻， 为试飞员长 期心理素 质评估提 供准确数据
解决需求的有效途径-可延展柔性集成器件
满足人体可延展柔性环境的无机光子／电子集成功能器件：
传感—获取人体温度、呼吸、血压、心电、脑电等信息 光子—生物光电信息；近红外LED获取血氧等信息等 电子—信息处理与无线传输
兼备可变形与高性能 实现器件与人体自然贴合
超柔性透气仿皮肤传感器（温度、变形）
RED On
不同位置血氧监测
Finger
IRed On
Wrist
30
实现血氧浓度和脉搏持续测量
类皮肤柔性光电集成器件
Advanced Healthcare Material, 2017 (封面文章)
柔性血氧监测器件
在 ACS Nano, Advanced Healthcare Materials 等 发 表系列论文。
便携式睡眠监测仪
应用：多场景随体连续实时呼吸监测
. /oC
NaN
2.0
1.8
1.6 暂停
1.4
鼻式呼吸
温度1.2变柔化软轻薄，舒适性好，可长时间随体监测
2730 2790 2850 2910 2970 3030
精与准商获业取呼吸呼时系吸间统/暂s 信停号信对比息，符合美国运睡动眠中医学学用会餐诊断标准睡觉
获选美国化学学会编辑选择 (ACS editors’ choice);
获Nano Today杂志专栏报道。
基于脉搏波传播时间(PTT)测量血压的原理
一维不可压缩连续性方程：
A (uA) 0 t x
(1)
不可压缩无粘流体的运动方程:
u u u 1 P 0
t x x
(2)
脉搏波的传播波速为:
柔性电子技术与移动医疗
国家重大需求：医疗与健康信息监控
人的健康是构建可持续发展社会的核心之一
心脑血管等重大 疾病的早期征兆 预测极其重要
植入式心血管系统 治疗与术后健康监测
新生儿健康监测
体温呼吸生理参数 实时监测与传输
与人体组织自然融合的器件可长期、精准医学测量 动与态移实动时互生联理网参结数合获开取辟及新无型线远传程输医是疗健方康式监测的基础 为大数据医疗提供实时基础数据
心电动态监测
心电图静态监测
心电图静态监测
心电图动态监测
心电图动态监测
➢静态监测下，心电图波形等同于医疗心电图 ➢运动状态下，原始监测心电图波形杂乱 ➢衣服/贴片和贴片/皮肤两个界面的影响
衣服/贴片界面影响
无衣物
紧身衣
宽松衣
静态监测
静态监测
静态监测
摩擦衣物
摩擦衣物
摩擦衣物
提起衣物摩擦
提起衣物摩擦
提起衣物摩擦