随着社会的老龄化发展和人们对心血管健康的日益关注，人们对适合日常生活中长期穿戴的更舒适的心电监测系统的需求越来越大。如果该系统能够像一位医生一样实时监测并诊断佩戴者心血管状况，及时提供个性化的建议，将很有利于促进日常个人心血管健康监护，缓解医疗资源失衡的压力。

 图1 类似“随身医生”的可穿戴智能心电监测系统

  面向日常生活中长期高舒适心电监测需求，清华大学任天令教授团队实现了一种基于MXene-聚氨酯网的多功能、透气、穿戴几乎无感的电子皮肤（MPM E-Skin）。当用作心电电极时，电子皮肤具有很低的电极-皮肤接触阻抗，高信噪比，高透气性。当用作应变传感器时，电子皮肤具有较大的应变测量范围和独特的分段灵敏特性，既适合检测脉搏、声音等小应变生理信号，也适合监测关节运动等大应变生理信号。更重要的是，通过将MPM电子皮肤与柔性心电处理电路、卷积神经网络&长-短期记忆网络（CNN&LSTM）融合智能心电算法相结合，获得的可穿戴智能心电电子皮肤系统可至少实现连续12小时的十二导联心电信号实时监测和处理，系统对四种心律失常的诊断准确率超过99%。这些结果表明，MPM电子皮肤在多功能智能医疗系统中具有巨大的潜力。特别本工作初步实现了一种类似于“随身医生”的可穿戴智能心电系统，有望用于日常长期的心血管健康监测。 

图2 MPM电子皮肤的制备方法与表征

  与之前报道的可穿戴电子皮肤相比，本工作具有以下特点:

  1. 实现了一种适合日常长期健康监测的多功能、透气的MPM电子皮肤。MPM电子皮肤基于Ti₃C₂ MXene和静电纺丝PU纤维组成的创新性的双层导电网络，具有良好的电学和机械性能，且其透气舒适，适合长期穿戴。当用作心电电极时，电子皮肤具有低电极-皮肤接触阻抗（1 kHz时4.68 kΩ），高信噪比（16.5 dB），高透气性（2.1838 kg/m²/day），至少可连续佩戴7天。电子皮肤用作多功能应变传感器时，其测量范围大（>40%），具有独特的分段灵敏度（GF=172.54（0~18.64%），GF=79.38（18.64~50%）），既适合检测心跳、声带振动等微弱的生理信号，也适合检测人体关节运动等大应变生理信号。 

图3 MPM电子皮肤应用于多样化生理信号监测

图4 MPM电子皮肤的双层导电网络及基于其所构建的可穿戴十二导联智能心电监测系统

图5智能心电监测系统实现十二导联心电信号“采集-传输-智能诊断”

  基于高性能纳米材料和先进的可穿戴系统集成方法，团队展示了一种柔性、舒适、透气的MPM电子皮肤，可用于日常生活中长期生理信号监测和诊断。在此基础上，团队创新性地实现了“随身医生”式的智能可穿戴心电系统，其具有完整的心电“监测-传输-智能诊断”能力，适合日常自主穿戴，随时随地地进行无感化健康监测。本工作有望为开发真正适合日常长期穿戴的新型可穿戴健康监测设备提供启示。

  上述相关成果以“Multifunctional, Breathable MXene-PU Mesh Electronic Skin for Wearable Intelligent 12-lead ECG Monitoring System”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上论文通讯作者为清华大学集成电路学院任天令教授和杨轶副教授、北京信息科学与技术国家研究中心刘厚方助理研究员，清华大学集成电路学院2019级博士生崔天睿、2021届博士乔彦聪、2021级博士生李鼎、2021届硕士黄潇睿为共同第一作者。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140690