能監測血壓的電子紋身
你身上有刺青嗎？如果這個刺青能專門測量你的血壓數值變化，你會想把它刺到身上嗎？
本周一（20），美國德州大學奧斯汀分校（University of Texas at Austin）與德州農工大學（Texas A&M University）合作的研究團隊宣布，他們共同開發出一款以石墨烯（graphene）製成的電子紋身（e-tattoo）原型。團隊表示，這款電子紋身就像一般的刺青貼紙，只要黏貼在手腕內側後便能持續地監測紋身者的血壓數值。
關於這項技術的研究，他們發布在科學期刊《自然奈米科技》（Nature Nanotechnology）上。
影片介紹此次開發的石墨烯電子紋身具有防水功能，貼到手腕內側後不會造成生活上的不便。另外，透過這款電子紋身，人們在測量血壓時可以測量出連續的血壓數字，準確地掌握到一段時間內的血壓變化。
傳統血壓計的限制
此次研究的共同作者、德州農工大學的生物醫學工程教授賈法瑞（Roozbeh Jafari）表示，「血壓是一項重要的指數，可以幫助我們衡量身體的健康狀況，但如果你想測量血壓，一天只測一、二次遠遠不夠。目前我們普遍用袖帶（又稱壓脈帶）來側量血壓，既不方便也不舒服，而且不是很實用」。
現在的血壓計無論體積設計再小，都需仰賴袖帶的協助，使得人們在測量血壓時往往覺得不太舒服。而穿戴型的監測裝置如智慧型手錶，雖然有提供心跳、血氧濃度等生理數值，但也因為佩戴後會在手腕上移動，所顯示的數據並不是真的準確。
測量的好幫手：石墨烯
研究團隊希望突破現有的血壓計儀器的限制，開發出一種無須袖帶就能準確測量血壓的媒介工具。而團隊發現，石墨烯的特性正符合他們的需求。
石墨烯是目前已知的礦物石墨中的一層原子層，是世界上最薄、最堅硬、電阻率最小的一種奈米材料。
此次研究的共同領導人、德州大學奧斯汀分校的電機與計算機工程學教授阿金萬德（Deji Akinwande）表示，以石墨烯製成的感應器，能輕便地黏在人體上，輕便到人們幾乎不會注意到它的存在。他說：「把它放到手腕上以後，你幾乎感覺不到它、看不見它，它也完全不會移動。」
也因為石墨烯能長久固定在手腕的位置上，它能連續精準地測量血壓數值，無論紋身者是清醒、運動或是處在睡眠期間，都能收集到他精準的血壓數字。
知道了血容量就知道血壓
有了石墨烯電子紋身作為測量血壓的感應媒介後，在獲取血壓的數字與判讀上，研究團隊利用了生物電阻抗（bioimpedance）的分析技術——透過向皮膚表面發射微弱的電流，偵測身體對電流的反應。
由於我們身體的血壓與血容量（blood volume）有關，生物電阻抗能以此測量出血壓的變化。而整套系統便是透過發射電流到手腕皮膚後，偵測手臂上動脈的血容量，這些訊號再回傳到團隊另外建立的一套機器學習（machine learning）中，進一步判讀這些數據，並轉換為人們熟知的血壓數。
持續改良 盼與智慧型手錶結合
不過，因為石墨烯電子紋身目前還在開發階段，所有測量與判讀的儀器都必須擺放在身邊，透過電線連接到這些儀器，紋身者的血壓數字才能被顯示出來。
研究團隊希望未來研發出無線的方式測量血壓，並且把這些血壓的資料顯示到智慧型手錶上。
「我們想讓測量血壓的科技有所突破，以後能連續性地測量血壓，而且是被動式的，意思是說你可能根本不知道你的血壓正在被測量。」德州農工大學的生物醫學工程教授賈法瑞說道。
現在的血壓計只能做到一次性測量，出於一些緣故，例如看醫生時的壓力，人們常常在診所測量的數字會和家中的數字出現差異。而且傳統的血壓計會要求人們必須坐著測量，不能站著或是四處走動。
未來更確實掌握個人的健康
賈法瑞表示，醫療領域一直期盼無袖帶的血壓計誕生，並且希望有更進步的技術能收集到病患的資料，無論他們是在家或是在診所時，藉由這些資料讓他們得到更合適的照護。
阿金萬德補充：「那些數據與資料也讓我們可以建立病患的身體模型：數位分身（digital twin），作為預測還有了解病患對某些治療後的反應。」
在此之前，其他的研究團隊也曾研究過用光體積變化描記圖法（photoplethysmography，PPG）測量血流所引起的反射光強度，判斷出血容量並得出血壓值。健康智慧手錶Fitbit目前就在嘗試這套方法，但光學測量容易受到深色皮膚與皮下脂肪層厚度的影響。
研究團隊希望此次的研究能為測量血壓的醫療科技帶來新的變革，下一步是提供高血壓患者測試這套石墨烯電子紋身。