柔性无线读取器(WiRe)：用于无源传感器频移检测的微型化可穿戴平台

研究人员针对被动式传感器在实验室外环境应用中需依赖笨重台式设备的问题，开发了一款集成能量采集功能的柔性无线读取器(WiRe)。该设备通过1-8 MHz频率扫描范围(分辨率100 kHz)实现了对植入式/穿戴式LCR(电感-电容-电阻)传感器微小频移的高精度检测，为无芯片、无电池传感器的临床转化提供了便携式解决方案。

　　

在健康监测领域，穿戴式和植入式传感器正经历革命性发展，但传统被动传感器面临两大技术瓶颈：一是依赖笨重的矢量网络分析仪(VNA)进行信号采集，二是缺乏可持续供能方案。这些问题将先进传感器技术禁锢在实验室场景，难以实现日常医疗监测。

针对这一挑战，土耳其科赤大学(Ko? University)生物医学科学与工程系的研究团队开发出名为WiRe的柔性无线读取系统。这项发表于《Biosensors and Bioelectronics: X》的研究，通过集成近场通信(NFC)能量采集、蓝牙低功耗(BLE)传输和柔性电路设计，首次实现了对被动传感器频移信号的便携式检测。

关键技术包括：(1)采用双面柔性印刷电路板(fPCB)构建微型化读取线圈；(2)开发基于STM32WB55RGV6微控制器的频移检测算法；(3)优化3.25 μH NFC天线实现无线充电；(4)通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装实现生物相容性；(5)建立体外脉动流模型验证传感器性能。

研究结果

3.1 无线电路设计原理

系统通过PWM信号在1-8 MHz范围扫描，利用MAX941比较器捕捉LCR传感器谐振频率变化。测试显示读取距离可达7mm，角度容错±15°，温度维持在25°C以下，满足穿戴安全要求。

3.2 能量采集性能

8匝NFC线圈在13.56MHz处获得-19dB反射系数(S₁₁)，50小时连续测试中稳定输出4V电压，弯曲半径60mm时性能衰减<5dB。

3.3 传感器验证实验

五组LCR传感器(3.28-7.23MHz)测试中，WiRe与VNA测量误差仅3.2%。Bland-Altman分析显示96%数据落在95%置信区间内。

3.4 柔性应变传感器

蛇形铜/PI结构传感器在25%应变范围内线性度R²=0.98，1000次循环后电容变化保持稳定，对应频移达440kHz。

3.5 生理信号监测

在模拟心跳实验中，2.5%应变引发80kHz频移，成功识别60-110bpm心率变化。颈动脉压力传感器检测显示双相响应：<1N力时灵敏度较高(R²=0.91)，>1N时线性区延伸(R²=0.99)。

结论与意义

该研究突破了被动传感器户外应用的三大技术壁垒：通过柔性电子实现解剖共形、NFC供能解决持续监测难题、数字信号处理替代笨重VNA。WiRe平台为未来"身体区域传感网络(bodyNET)"提供了标准化读取接口，其7mm非接触检测距离特别适合植入式监测场景。研究团队特别指出，该系统可扩展至葡萄糖、pH值等生物标志物检测，为慢性病管理提供新一代无电池解决方案。