據中國科學院光電技術研究所，于2025年09月18日報道，北師大閔銳聯合巴西等多國科研團隊提出了一種具備心肺功能評估和生物特征識別能力的可穿戴智能光子手環，其核心傳感單元是基于聚合物光纖和Solaris彈性體光纖構建的復合光纖，實現了心肺功能的精準評估與生物特征的有效識別。
心肺功能評估與生物特征識別有助于評估個體的呼吸和心臟疾病狀況，從而實現個人健康管理。在生活中，呼吸類疾病如各種類型的流感、肺炎和睡眠呼吸暫停綜合癥，以及心臟類疾病如高血壓、冠心病和心臟病也頻發。通過監測心肺功能來評估、診斷和早期干預呼吸和心臟疾病，對于個性化健康評估以及顯著降低這些疾病相關的死亡率至關重要。傳統的心肺功能監測方法通常需要專業且笨重的設備，如心臟超聲儀、心電圖儀和CT檢查。隨著現代社會的不斷進步，個性化醫療需求日益增長，人們對能夠實時、準確且便攜地進行生物特征識別和心肺功能評估的智能健康監測設備的需求也隨之顯著增加。
目前大多數光纖傳感器是基于石英光纖或聚合物光纖，石英光纖傳感器質地較脆，若發生斷裂，在長期接觸人體時可能產生組織損傷風險，引發用戶對使用安全性的顧慮。傳統聚合物光纖傳感器相比石英光纖雖然拉伸性能得到大幅度提高但仍然有限，新型彈性體聚合物光纖可以有效彌補這一缺陷，使其應用場景得到大幅拓展，但這類光纖目前仍存在傳輸損耗過大等問題。此外，當前研究普遍受限于功能單一與系統集成度不高，因此開發出一種兼具長期實時心肺功能監測及生物特征識別能力的設備，將顯著拓展其在個性化醫療領域的服務維度，為精準健康管理提供全新的技術支撐。
針對上述問題，北京師范大學閔銳副研究員與西南交通大學鄭狄副教授團隊聯合巴西圣埃斯皮里圖聯邦大學Arnaldo Leal Junior教授、印度科內魯·拉克什邁亞教育基金會Santosh Kumar教授、西班牙瓦倫西亞理工大學ITEAM研究所Beatriz Ortega教授和葡萄牙阿威羅大學Carlos Marques教授提出了一種具備心肺功能評估和生物特征識別的能力的可穿戴智能光子手環，其核心傳感單元是基于聚合物光纖和Solaris彈性體光纖構建的復合光纖。復合光纖、Dragon Skin 10薄膜和甘油填充的液囊集成形成了全聚合物傳感單元。這種全聚合物設計和集成的傳感器制造方法充分發揮聚合物光纖及彈性體光纖的優勢，確保了較快的響應和恢復時間。此外，該傳感器還展現出卓越的長期穩定性和耐用性，在彎曲、拉伸以及超過1000次的重復應變等多種條件下仍能維持出色性能，同時能確保佩戴位置有一定偏移的情況下仍然能有效監測脈搏波信號。隨后充分利用神經網絡算法實現準確的血壓估計和生物特征識別。實驗結果表明該智能光子手環在不同應用場景下均表現出色，包括進行深蹲、波比跳和高抬腿等不同的體育活動下的生理信息監測，以及針對不同身體質量指數人群的生物特征識別，同時該智能光子手環還提供連續且實時的監測功能，凸顯了其在針對心肺疾病治療和預防的個人健康服務中的應用潛力。
綜上所述，本工作提出的可穿戴智能光子手環，實現了心肺功能的精準評估與生物特征的有效識別。不僅在響應速度、長期穩定性和耐用性方面表現出色，而且在多種應用場景和個體差異下均能維持高精度監測，展現了實用性和適應性。同時生物特征識別能力的展現也為個人健康服務提供了新的可能。這一研究成果在心肺疾病的預防、治療及日常健康管理中具有廣闊的應用前景，有望為人們的健康生活帶來積極的影響。
該工作以“Wearable photonic smart wristband for cardiorespiratory function assessment and biometric identification”為題作為封面文章發表在Opto-Electronic Advances 2025年第5期。
研究團隊簡介
鄭狄，博士，西南交通大學信息科學與技術學院副教授，博士生導師。長期從事新型光纖傳感與檢測技術、智能光纖傳感系統、微波光子傳感等相關領域的研究工作。主持國家自然科學基金、四川省自然科學基金等多項，在Optics Letters、Optics Express、Journal of Lightwave Technology、光學學報等領域高水平期刊發表論文50余篇，授權國家發明專利十余項。
個人主頁：
https://faculty.swjtu.edu.cn/zhengdi/zh_CN/index.htm
閔銳，博士，北京師范大學文理學院副研究員，博士生導師，北京師范大學 “仲英青年學者”，主要研究方向為光纖生理信息分析、光學神經調控和光纖海洋監測。主持國家重點研發計劃和國家自然科學基金等科研項目，在國際知名期刊及會議發表論文160余篇，論文被引3700余次， H因子32；授權國家發明專利4項；擔任Optics Express和IEEE Sensors Journal編委、Biomedical Optics Express 專題客座編委、Fiber and Integrated Optics期刊編委會成員，Advanced Fiber Materials、Measurement、Instrumentation、Brain-X和光子學報期刊青年編委。
個人主頁：
https://zkgyy.bnu.edu.cn/yjjg/rzsjgxyjzx/rzrcdw/94739.htm
