近日，yl23455永利集团前沿交叉科学院范绪阁教授课题组与济宁医学院附属医院范绪涛副主任医师、中北大学张文栋教授合作，在超灵敏、宽量程离子压力传感器用于中医脉象和口腔咬合健康的智能评估研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Ultrasensitive and Wide-Range Ionic Pressure Sensors Toward Intelligent Assessment of Traditional Chinese Medicine Pulse and Oral Occlusal Health”为题发表在国际知名期刊《Advanced Functional Materials》（IF：19.9），论文的第一作者为yl23455永利集团博士研究生马鸿梁，yl23455永利集团博士研究生张哲与硕士研究生郭淑淋为共同一作。通讯作者为yl23455永利集团范绪阁教授、济宁医学院附属医院范绪涛副主任医师。

脉搏监测和牙齿咬合检测是无创监测心血管和口腔健康的两个关键场景。传统的压力传感器在灵敏度和测量范围之间存在权衡。它们的刚性结构和较差的表面配合阻碍了弱脉冲信号的准确采集和宽范围咬合压力的检测。在这里，课题组基于双电层（EDL）效应实现了一种高性能的电容式离子压力传感器，具有超高灵敏度（73224 kPa-1）和宽检测范围（0.01-1100 kPa）。与大多数报道的离子压力传感器相比，传感器在低压下实现了具有竞争力的超高峰值灵敏度，同时保持了异常宽的检测范围。该传感器基于中医脉诊原理，准确捕捉“寸、关、尺”穴位的手腕脉搏信号。此外，通过整合机器学习，咬合压力监测原型实现了对从牙体模型中获取的十种不同咬合压力模式的自动分类。离子压力传感器的这种尖端设计及其在心血管和口腔健康监测中的应用在文献中很少有报道。这些发现为个性化医疗自适应柔性监测系统和智能生理监测技术的发展奠定了基础。

图1 介绍一种基于中医脉诊和口腔咬合健康的智能评估系统。（a）受中医启发的“寸、关、尺”监测系统示意图。（b）监测口腔健康的传统方法及其缺点。（c）基于机器学习的快速牙齿健康监测模型示意图。（d）包括10种不同牙齿健康状态的监测系统的收集、分析和识别过程示意图。

图2 离子压力传感器的物理化学性质分析。（a）离子压力传感器的结构拆卸示意图。（b）离子压力传感器微观结构的SEM图像及其石墨烯电极的放大SEM图像。（c）离子层化学结构示意图。（d）离子层的机械循环稳定性。离子凝胶的FTIR光谱分别位于（e）465 cm⁻¹-720 cm⁻¹和（f）1000 cm⁻¹-1400 cm⁻¹处。（g）不同离子液体浓度下离子凝胶的X射线衍射图分析。（h）不同质量比的离子凝胶的奈奎斯特图。（i）不同质量比的离子凝胶的离子电导率。（j）纯TPU和离子凝胶的介电常数与测量频率之间的关系。

图3 离子压力传感器的电学性能分析。（a）机械测试装置的示意图。比较了微结构密度范围从（b）Sp0.2到（c）Sp1.0的离子压力传感器在不同间距下的灵敏度拟合结果。（d）比较了间距相同但高度不同的离子压力传感器的灵敏度拟合结果。(e) 间距相同但高度不同的离子压力传感器灵敏度柱状图比较。(f) 高度相同但间距不同的离子压力传感器灵敏度柱状图比较。对于图3e-3f中多种分段策略产生的重叠压力区间，选取重叠范围内的最大灵敏度进行柱状图可视化。(g) Sp0.2-H0.5的响应/恢复时间计算。(h) 不同压力下离子压力传感器阶跃循环性能的分析。(i) 曲线展示了布置在非微结构侧的石墨烯电极对离子压力传感器灵敏度的影响。其中 (i) 对应于涂覆在微结构表面的石墨烯，而 (ii) 代表放置在非微结构侧的石墨烯。(j) 传感器在15 kPa施加压力下的循环稳定性。(k) 所制备离子压力传感器与文献中已报道的其他传感器的灵敏度和压力范围对比。

图4 热力学与力学稳定性分析。隔热层对传感器在不同温度及以下压力范围内的灵敏度影响：(a) 0-35 kPa，(b) 40-100 kPa，(c) 150-600 kPa。(d) 红外热成像显示了隔热层在75℃下对离子压力传感器的保护作用。(e) 不同弯曲角度对离子压力传感器电容变化的影响。(f) 不同弯曲角度与传感器电容变化之间的关系（插图显示了传感器在承重弯曲状态下的稳定监测过程）。(g) 传感器在低压缩频率下的循环稳定性测试。(h) 用于振动测量的射频振动平台示意图。传感器在五种不同振动频率下的 (i) 循环稳定性及 (j) 频谱特性。(k) 在11 Hz振动频率下施加0.5至2 g加速度后，传感器的电容变化。(l) 电容变化与加速度的关系曲线及线性拟合结果。

图5 基于所制备离子压力传感器的脉搏监测系统。（a）脉搏变形在离子压力传感器中诱导的力电转换示意图。（b）在人体不同部位进行的脉搏信号测试。（c）使用离子压力传感器采集人体桡动脉运动前后的信号。（d）人体颈动脉的信号采集。（e）来自十名志愿者的心率分布数据。(f) 10名志愿者桡动脉反射波的增强指数（AI）。(g) 本研究开发的离子压力传感器与商用PPG设备对四名代表性志愿者（#1-#4）同时采集的脉搏波形对比。本研究曲线（彩色）与商用PPG曲线（红色）均呈现一致的周期性特征，验证了所提压力传感器捕获的脉搏信号的可靠性。插图：用于参考测量的商用PPG腕部模块照片。(h) 压力传感器阵列的示意图及其用于“寸、关、尺”检测的测试流程。(i) “寸、关、尺”信号波形。(j) “关”脉搏强度时空分布图。(k) “寸、关、尺”脉搏强度的时空分布图。

图6 基于离子压力传感阵列的智能口腔健康监测系统。（a）口腔健康监测系统的结构组成示意图。（b）咬合健康监测系统的实物图及传感器单元电路连接示意图。（c）咬合健康监测系统的厚度。（d）柔性FPC采集板的硬件架构。(e) 用于咬合压力信号的卷积神经网络（CNN）架构。(f) CNN模型的混淆矩阵。(g) CNN提取特征的t-SNE可视化图。(h) 准确率与损失随训练变化的训练曲线。基于柔性FPC采集数据，对三种牙合状态的分析：(i) 左侧第二磨牙开合，(j) 右侧第二磨牙开合，以及 (k) 左侧连续后牙开合。

论文详情：Hongliang Ma#, Zhe Zhang#, Shulin Guo#, Tengfei Ma, Kai Hu, Ruibing Yao, Xutao Fan*, Wendong Zhang, Jun Zhang, Xuge Fan*, Ultrasensitive and Wide-Range Ionic Pressure Sensors Toward Intelligent Assessment of Traditional Chinese Medicine Pulse and Oral Occlusal Health,Advanced Functional Materials, e79323 2026.DOI: 10.1002/adfm.79323

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.79323

本研究得到中国国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省医疗卫生科技发展计划、北京市自然科学基金、国家自然科学基金优秀青年基金（海外）、yl23455永利集团特立青年学者人才支持计划启动项目、yl23455永利集团科技创新计划、山东省智能感知芯片与系统重点实验室开放课题基金的资助，感谢教育部基础学科和交叉学科突破计划和yl23455永利集团分析测试中心的协助。

附主要作者简介：

马鸿梁，第一作者，yl23455永利集团前沿交叉科学院在读博士研究生。主要研究方向为半导体场效应晶体管、MEMS加速度传感器芯片、柔性可穿戴医疗器件。在Advanced Functional Materials、ACS Nano、IEEE Sensors Journal、Chemical Engineering Journal、ACS Applied Materials & Interfaces等期刊累计发表论文23篇，获多项发明专利；曾获博士特等奖学金、博士一等奖学金；曾获2026年中国大学生机械工程创新创意大赛“明石杯”微纳传感技术与智能应用赛全国二等奖。

张哲，共同作者，yl23455永利集团前沿交叉科学院在读博士研究生。主要研究方向为NEMS气压传感器与智能可穿戴器件。以第一/共一作者在Advanced Functional Materials、Chemical Engineering Journal、ACS Applied Materials & Interfaces、IEEE Sensors Journal等期刊发表SCI论文7篇，累计发表论文16篇，获多项发明专利；曾获2026年中国大学生机械工程创新创意大赛“明石杯”微纳传感技术与智能应用赛全国二等奖、2026年北京石墨烯论坛“优秀墙报奖”以及研究生国家奖学金。

郭淑淋，共同作者，yl23455永利集团前沿交叉科学院在读硕士研究生。主要研究方向为智能可穿戴器件。以共三/第四作者在Advanced Functional Materials等期刊发表SCI论文2篇；曾获2026年中国大学生机械工程创新创意大赛“明石杯”微纳传感技术与智能应用赛全国二等奖；蓝桥杯全国大学生软件和信息技术大赛电子赛省级二等奖。

范绪阁，末位通讯作者，yl23455永利集团前沿交叉科学院教授，国家级海外高层次青年人才、yl23455永利集团特立青年学者。研究方向为MEMS、NEMS、微纳传感器、微纳加工、石墨烯等敏感薄膜，致力于碳基石墨烯等二维薄膜与硅基MEMS的集成交叉研究，曾率先研制出超小高灵敏石墨烯纳机电加速度传感器原型器件。以一作或通讯在Nature Electronics、Science Advances、Nano Letters、ACS Nano、Advanced Functional Materials 、Microsystems & Nanoengineering、Small、Chemical Engineering Journal、Carbon、Materials Horizons、ACS AMI等国际重要期刊与会议发表论文60余篇，申请及授权中国发明专利16项。荣获中国仪器仪表学会青年科技奖、Nature旗下期刊Microsystems& Nanoengineering（微系统与纳米工程）优秀青年科学家奖及杰出审稿人奖，为全国微机电技术标准化技术委员会（SAC/TC 336）碳基传感与器件标准化工作组专家、中国仪器仪表学会传感器分会委员、中国仪器仪表学会与中国微米纳米技术学会高级会员、中国电子学会会员、《传感技术学报》第八届青年编委、《计测技术》期刊“传感器技术”专栏编委。担任国家重点研发计划专家，国家自然科学基金委等部门的项目评审人。主持国家自然科学基金优秀青年基金（海外）、国家自然科学基金面上等项目。

范绪涛，共同通讯作者，济宁医学院附属医院脊柱外科副主任医师、副教授、硕士研究生导师。现任中华医学会结核病学分会骨科学组委员、中国微循环学会骨微循环专业委员会委员、山东省医学会骨科学分会骨感染学组副组长；兼任山东省公共卫生学会骨科疾病防治分会常务委员兼创新与转化专业委员会副主任委员、山东省中西医结合学会骨质疏松与骨矿盐分会常务委员、山东省中西医结合学会老年骨与关节病预防控制分会常务委员、山东省中医药学会脊柱脊髓分会常务委员，以及山东省预防医学会脊柱疾病防控分会、山东省康复医学会腰背疼痛康复分会、山东省康复医学会骨与关节分会委员。长期从事脊柱退变性疾病、脊柱脊髓损伤及脊柱感染性疾病的诊治。以第一作者或通讯作者发表SCI论文6篇；作为第一发明人获发明专利2项，作为第二发明人成功转化技术成果1项；主持课题4项；主持医院新技术新项目1项并获三等奖。