基于自驱动传感器的植入式动态血压监测系统

Implantable medical sensing devices are powerful tools for comprehensive and accurate physiological state monitoring in the body. However, it is difficult to achieve wireless passive sensing due to low stability, limited power supply and short life-time. Ambulatory blood pressure is a vital evaluation and observation index in the treatment of cardiovascular diseases. A miniaturized device which can realize implantable long-term ambulatory blood pressure monitoring is clinically urgent. In this proposal, we will develop an implantable high-performance flexible self-powered blood pressure sensor (FSPBS). FSPBS will been integrated with RF backscattering circuits to achieve wireless passive monitoring, based on our previous work about self-powered zero consumption sensor, self-powered wireless transmission circuit for cardiac physiological activity and so on. We will employee flexible materials and encapsulation technology to achieve desired biocompatibility and conformity for self-powered sensor applied in-vivo. The design size of the FSBPS is less than 6mm×6mm×2mm. These designs may solve the current problem in biocompatibility, implant life, measurement accuracy, stability and miniaturization. This device will play an important role in the repair of main/abdominal aortic aneurysms, artificial vessel replacement surgery and pulmonary artery pressure monitoring for patients with heart failure.

植入式传感器为全面准确的监测机体状态提供了有效手段，但是受到现有传感器和电源技术的限制，植入时间短，稳定性差，较难实现无线无源。动态血压是心血管疾病治疗中重要的评价和观测指标，临床上急需一种能实现长期植入、动态监测血压的微型化器件。申请人基于在零功耗自驱动传感器和心脏生理活动自供能无线传输等研究中的工作基础，拟将植入式自驱动压力传感器与射频反射调制电路集成，采用柔性材料、柔性加工和封装技术，制作与体内环境适形整合的微型化、高精度、生物兼容性好的植入式无线无源压力传感系统用于动态血压监测。其中柔性自驱动传感器尺寸小于6mm×6mm×2mm，解决目前植入式压力传感器件在动态血压测量精度和稳定性，以及微型化等方面的问题，对主/腹主动脉瘤修复、人工血管置换手术以及心衰患者肺动脉压力监测等方面发挥重要作用。

植入式传感器为全面准确的监测机体状态提供了有效手段，动态血压是心血管疾病治疗中重要的评价和观测指标，临床上急需一种能实现长期植入、动态监测血压的微型化器件。本课题将多学科知识、技术与微纳米器件制作工艺结合，研制基于摩擦电效应和压电效应的血压传感器件，可感知生物体内微弱的血压变化，为构建高灵敏全植入式血管监测器件奠定基础，并对推动植入式医疗的发展有重要的研究价值和潜在的重要应用前景。从项目执行期开始到现在，已按计划完成相应课题研究工作，本课题从研制基于自驱动传感器的植入式动态血压监测系统必须研究清楚的3个方面，开展了科研工作，研究内容如下：. 1）.基于摩擦电和压电效应，研究自驱动零工耗传感器的工作原理和基本构，.设计、研制高性能的自驱动血压传感器（FSBPS），建立起电学输出与相关参数的准确的普适性联系。. 2）通过体外和体内实验，研究不同植入环境和运动模式下FSBPS 界面电荷累积和输运规律，结合仿真模拟分析进一步优化器件结构，提高传感的灵敏度和稳定性。. 3）自驱动零功耗动态血压传感器件及整个无线无源传感系统的生物相容性和生物安全性评价。. 本课题研究的总体情况：基于自驱动传感器的植入式动态血压监测系统的研究工作开展顺利，执行期从2019年1月至2022年12月，已完成全部研究任务；研制三种自驱动血压传感器和一套无线无源传输模块，基本完成原定研究计划。项目批复的科研经费按原计划支出，并取得一系列研究成果：除了上述的器件和模块外，共发表学术论文20篇，3篇入选ESI高被引论文，申请专利5项，并获得中国电子学会优秀科技工作者，富士VisualSonics青年科学家奖，生物材料学会科学技术二等奖和国家杰青，北京市杰青等荣誉与奖项。