北师大闵锐联合巴西等多国科研团队提出了一种具备心肺功能评估和生物特征识别能力的可穿戴智能光子手环，其核心传感单元是基于聚合物光纤和Solaris弹性体光纤构建的复合光纤，实现了心肺功能的精准评估与生物特征的有效识别。

心肺功能评估与生物特征识别有助于评估个体的呼吸和心脏疾病状况，从而实现个人健康管理。在生活中，呼吸类疾病如各种类型的流感、肺炎和睡眠呼吸暂停综合症，以及心脏类疾病如高血压、冠心病和心脏病也频发。通过监测心肺功能来评估、诊断和早期干预呼吸和心脏疾病，对于个性化健康评估以及显著降低这些疾病相关的死亡率至关重要。传统的心肺功能监测方法通常需要专业且笨重的设备，如心脏超声仪、心电图仪和CT检查。随着现代社会的不断进步，个性化医疗需求日益增长，人们对能够实时、准确且便携地进行生物特征识别和心肺功能评估的智能健康监测设备的需求也随之显著增加。

目前大多数光纤传感器是基于石英光纤或聚合物光纤，石英光纤传感器质地较脆，若发生断裂，在长期接触人体时可能产生组织损伤风险，引发用户对使用安全性的顾虑。传统聚合物光纤传感器相比石英光纤虽然拉伸性能得到大幅度提高但仍然有限，新型弹性体聚合物光纤可以有效弥补这一缺陷，使其应用场景得到大幅拓展，但这类光纤目前仍存在传输损耗过大等问题。此外，当前研究普遍受限于功能单一与系统集成度不高，因此开发出一种兼具长期实时心肺功能监测及生物特征识别能力的设备，将显著拓展其在个性化医疗领域的服务维度，为精准健康管理提供全新的技术支撑。

针对上述问题，北京师范大学闵锐副研究员与西南交通大学郑狄副教授团队联合巴西圣埃斯皮里图联邦大学Arnaldo Leal Junior教授、印度科内鲁·拉克什迈亚教育基金会Santosh Kumar教授、西班牙瓦伦西亚理工大学ITEAM研究所Beatriz Ortega教授和葡萄牙阿威罗大学Carlos Marques教授提出了一种具备心肺功能评估和生物特征识别的能力的可穿戴智能光子手环，其核心传感单元是基于聚合物光纤和Solaris弹性体光纤构建的复合光纤。复合光纤、Dragon Skin 10薄膜和甘油填充的液囊集成形成了全聚合物传感单元。这种全聚合物设计和集成的传感器制造方法充分发挥聚合物光纤及弹性体光纤的优势，确保了较快的响应和恢复时间。此外，该传感器还展现出卓越的长期稳定性和耐用性，在弯曲、拉伸以及超过1000次的重复应变等多种条件下仍能维持出色性能，同时能确保佩戴位置有一定偏移的情况下仍然能有效监测脉搏波信号。随后充分利用神经网络算法实现准确的血压估计和生物特征识别。实验结果表明该智能光子手环在不同应用场景下均表现出色，包括进行深蹲、波比跳和高抬腿等不同的体育活动下的生理信息监测，以及针对不同身体质量指数人群的生物特征识别，同时该智能光子手环还提供连续且实时的监测功能，凸显了其在针对心肺疾病治疗和预防的个人健康服务中的应用潜力。

图1智能手环的功能架构，主要包括5个主要部分：全聚合物传感单元、信号提取与预处理、机器学习模型以及功率谱密度分析。

图2(a)提取清晰准确脉搏波信号和呼吸信号的方法；(b)用于监测呼吸率和心率的功率谱密度分析方法；(c)特征提取过程以及从脉搏波信号中提取的7个独特特征，这些特征用于血压估算和生物特征识别（H代表受试者身高）；(d)血压估算开发的门控循环单元神经网络模型的架构；(e)用于生物特征识别的随机森林分类器的结构。

综上所述，本工作提出的可穿戴智能光子手环，实现了心肺功能的精准评估与生物特征的有效识别。不仅在响应速度、长期稳定性和耐用性方面表现出色，而且在多种应用场景和个体差异下均能维持高精度监测，展现了实用性和适应性。同时生物特征识别能力的展现也为个人健康服务提供了新的可能。这一研究成果在心肺疾病的预防、治疗及日常健康管理中具有广阔的应用前景，有望为人们的健康生活带来积极的影响。

该工作以“Wearable photonic smart wristband for cardiorespiratory function assessment and biometric identification”为题作为封面文章发表在Opto-Electronic Advances 2025年第5期。

研究团队简介

郑狄，博士，西南交通大学信息科学与技术学院副教授，博士生导师。长期从事新型光纤传感与检测技术、智能光纤传感系统、微波光子传感等相关领域的研究工作。主持国家自然科学基金、四川省自然科学基金等多项，在Optics Letters、Optics Express、Journal of Lightwave Technology、光学学报等领域高水平期刊发表论文50余篇，授权国家发明专利十余项。

个人主页：

https://faculty.swjtu.edu.cn/zhengdi/zh_CN/index.htm

闵锐，博士，北京师范大学文理学院副研究员，博士生导师，北京师范大学 “仲英青年学者”，主要研究方向为光纤生理信息分析、光学神经调控和光纤海洋监测。主持国家重点研发计划和国家自然科学基金等科研项目，在国际知名期刊及会议发表论文160余篇，论文被引3700余次， H因子32；授权国家发明专利4项；担任Optics Express和IEEE Sensors Journal编委、Biomedical Optics Express 专题客座编委、Fiber and Integrated Optics期刊编委会成员，Advanced Fiber Materials、Measurement、Instrumentation、Brain-X和光子学报期刊青年编委。

个人主页：

https://zkgyy.bnu.edu.cn/yjjg/rzsjgxyjzx/rzrcdw/94739.htm （来源：中国科学院光电技术研究所）