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中科院深圳先进技术研究院开发出基于FBG传感原理的触觉传感器

中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心研究员王磊团队在基于布拉格光栅光纤传感原理在微创手术的应用——活体组织触诊的研究中实现了活体组织的精准力信息反馈和肿块信息的定位检测功能。相关研究成果2021年12月17日发表在IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement上。

该研究设计了用于微创手术的一维远端力传感器。其中，传感器结构中嵌有双光栅元件，可用于解耦传感器在使用过程中受到的应变和温度交叉影响，实现更精准的力觉检测。研究中，科研人员基于双光栅元件结构设计出发，推导出相应的柔性结构理论模型。通过fmincon函数对柔性件进行了基于物理模型的优化设计，确定了结构的关键参数。采用有限元法对柔性件的静态和动态特性进行分析，在理论基础上验证了该柔性件的可行性。为了进一步提高传感器的性能，并基于前馈神经网络对数据进行标定，该网络模型可精准预测力与波长偏移量的关系。

研究还进行了温度补偿实验，验证了双光栅元件能够有效地进行温度解耦方案。实验结果表明，FBG传感器能够在1 N范围内感知力值，平均相对误差小于满量程的2%，温度补偿后的误差0.8 mN。科研人员进一步对猪肝器官进行组织触诊实验，验证所提传感器设计在微创手术中的有效性和适用性。

研究实现了组织触诊中器官肿块信息的精准力反馈和定位检测，并提出了新型的温度解耦方案和传感器标定方法，为微创手术中手术机器人的触觉信息检测提供了有效技术路线，有望推动手术机器人在介入式医疗中的手术路径导航和机器控制中的应用。

研究工作得到国家自然科学基金、深圳市科技计划等的资助。

一种光电容积脉搏波测量方式有望实现指夹式血压测量技术

来自美国密苏里大学的研究团队通过光电容积脉搏波传感器测量脉搏波速度实现了对血压的测量，有望为开发一种新型的指夹式血压测量工具提供理论基础。2021年12月10日，相关研究成果以Toward Robust Blood Pressure Estimation from Pulse Wave Velocity Measured by Photoplethysmography Sensors为题，发表在IEEE Sensors Journal上。

科学家们设计了一种基于2个光电容积脉搏波（PPG）传感器开发的血压测量单元，从中可以得出血流的脉搏波速度（PWV），在两次心跳之间收集的后续的 PPG 波形稳定时间差用于计算PWV，一旦收集到PWV的数据，信息就会自动无线传输到计算机中，以通过机器学习算法进行信号处理和血压计算。

这项研究通过非侵入性血压测量设备取得了较为理想的测量血压的准确率，并同时可以测量心率、血氧饱和度、体温和呼吸频率等生命体征。该项研究仍需要更大样本量的数据验证最终的准确性，这为未来开发一种指夹式生命体征监测便携设备提供了一定的设计构想和理论基础。

上海科研团队研发自主智能注射机器人

2022年1月17日，同济大学齐鹏团队发布了一款自主智能无针疫苗注射机器人，并将其命名为“后羿”。该项目基于领先的人体三维模型识别算法及自适应机器人技术，结合机电一体化无针注射器设计，是国内首款自主智能无针疫苗注射机器人完整技术验证方案。

“后羿”是一台机器人手臂，有多个弯头，能灵活拿取药品和调节角度，通过摄像头传感器识别被接种者的身体，自由旋转机械臂的角度，从而找到最适合的接种部位。

“后羿”通过一个简单的三维点云相机对人体进行拍摄，无论是站姿还是坐姿均可清晰地识别，机器人“大脑”经过算法识别后，即可快速自动拟合人体对应部位（如肩肘部位）的三维模型，准确识别注射部位及角度。“后羿”还可根据定位，事先准确地在注射位置用酒精棉球消毒。

这款智能无针疫苗注射机器人由同济大学齐鹏团队主导，联合上海非夕机器人科技有限公司、北京快舒尔医疗技术有限公司和中国心血管医生创新俱乐部（CCI）共同开发完成。

我国科学家发明透明可折叠薄膜

中国科学技术大学俞书宏院士团队特任副研究员管庆方等通过对传统宣纸的详细结构表征研究，探究了其高强度、高韧性的微观机理，并且受宣纸制造工艺和结构启发，发明了一种具有多尺度结构的高性能透明可折叠薄膜。相关成果2021年12月3日发表于ACS Materials Letters。

受宣纸启发，研究人员通过将微米纤维素和纤维素纳米纤维组装成多尺度结构，制备出高性能透明可折叠薄膜，通过“卷对卷”工艺可连续化生产。基于该薄膜制作的近场通信电路电子器件，兼具高透明度、高雾度和优异的柔韧性，在弯曲时仍可准确地记录和读取信息。

这种薄膜通过高密度的氢键网络，将应力分散在更广阔的多尺度三维网络中，避免应力集中，同时实现了高强度和高柔韧性，在完全折叠后没有破坏性折痕，卷起后也可恢复原状。该薄膜还具有优异的热稳定性，与广泛使用的不可持续的石油基塑料薄膜相比，在250 ℃下也没有明显的变化。这些出色的力学、热力学与光学特性，使其成为精密光学器件和柔性电子器件领域的理想薄膜材料。

化学电阻型气体传感应用研究获重要进展

华南师范大学化学学院教授兰亚乾团队联合中科院福建物质结构研究所研究员徐刚团队在化学电阻型气体传感应用研究中取得重要进展，实现室温下对NO2的高灵敏度和特异性传感。相关研究2022年1月11日发表于《德国应用化学》。

该项研究报道了一种基于非线性配体的COF 2D纳米片材料。这种由非线性桥联配体和卟啉组分组装的COF材料大大降低了层间应力，使超薄纳米片的直接合成成为可能。预先设计的卟啉环可作为其表面可修饰的位置进行后金属化，有效地实现传感性能的改善。金属化的Co-TPCOF对NO2表现出高度的特异性，是已报道的2D材料和COF材料中灵敏度最高的材料之一，具有6.8×10-9的超低检测限以及快速的响应速度。

此外，通过密度泛函（DFT）计算以及原位红外表征对传感机理进行了深入的研究，揭示了钴卟啉中心的重要作用，提出其可能的NO2传感作用机理。该工作克服了用于化学电阻气体传感的传统2D材料的表面化学惰性，合成了一系列基于COF的后修饰的2D纳米材料，有效地改善了材料的传感性能，实现室温下对NO2的高灵敏度和特异性传感。该项研究将为设计更多具有丰富表面化学性质的2D传感材料提供新的途径。

加拿大科研团队研发出智能T恤可监测穿着者的呼吸

加拿大魁北克市拉瓦尔大学研究人员设计了一种新的智能T恤，可以监测穿着者的呼吸，这项研究将可能在医疗和运动等方面有广泛的用途。该研究成果2021年12月28日发表在《IEEE传感器杂志》上。

研究团队设计的智能衬衫涉及一个嵌入布中的、薄的螺旋状天线网络，具有蓝牙功能。当穿着者呼吸时，天线会轻微变形，无线传感器网络检测到这些变形，并将数据无线传输到一个基站进行分析。通过这种方式，穿着者的呼吸模式可以被测量和监测。

当第一次穿上时，该衬衫首先完成对其传感器的扫描，以确定最适合穿着者的独特呼吸模式，从而挑选其6个传感器中哪一个可以最准确地监测穿着者的呼吸。

下一步是将研究结果与其他方法进行比较，并在医生的帮助下尝试提取一些常见疾病的呼吸特征。研究人员介绍该智能T恤已经能够检测睡眠呼吸暂停，还能够检测到呼吸振幅的明显变化，以及吸气和呼气。

俄罗斯开发新型光学活检探针

俄罗斯奥雷尔州立大学的研究团队开发了一种可以识别肝癌的光学技术，有望用于穿刺活检。

该方法作为光学活检的一部分有其应用价值。通过这种方法可以实时、原位确定癌组织的范围，无需组织切片和分析。近年来，此类光学活检平台成为大量研究的主攻方向，并在肺癌和皮肤黑色素瘤诊断方面取得了突破。

“该方法的设计与目前用于肝脏活检的穿刺针兼容。”来自奥雷尔州立大学的Evgenii Zherebtsov说，“因此，有朝一日，它可以帮助外科医生更精确地导航活检仪器，降低诊断组织样本采集过程中出现的错误。”

该研究成果已发表于Biomedical Optics Express，据论文介绍，这种新的光学活检系统结合了漫反射光谱和荧光寿命测量，以评估与细胞代谢相关的标记物，从而区分健康细胞和癌细胞。