植入式传感器拥有监测人体内多种变量的能力，包括电生理学、生物力学，以及神经递质和其他生物标志物的浓度等信息，从而有助于各种疾病的预防、治疗与术后监测。传统的植入式传感器主要依赖经皮导线将信号传输至体外。然而，理想情况下，为了适用于更广泛的健康监测场景，可植入式传感器应该：（i）以无线方式将信号传输到体外，以避免导线引起的感染和炎症；（ii）在体外使用小型设备进行数据采集，无需大型设备，从而实现院外或居家健康监测。近日，北京大学未来技术学院韩梦迪课题组在《Science Advances》杂志发表文章（https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adm9314），报告了一种小型化、无源、无线的植入式传感系统，通过穿戴式设备能够对液体粘稠度、环境压强与多种生物标志物的浓度等物理生化量进行无线的传感。

图1. 小型化植入传感系统

小型化的无线传感系统包括毫米级别的磁性植入器件与厘米级别的可穿戴设备，其中可穿戴设备可以激励磁性植入物器件上的微型磁铁进行大幅度的振动，并通过可穿戴设备内的隧穿磁阻传感器（TMR）检测振动信号。通过对振动信号的特征进行提取分析，可以实现对于磁性植入器件所处环境信息的无线传感。通过分析振动信号的衰减速率可以实现对于粘稠度的无线传感，其中粘稠度越大，振动信号衰减越快；通过分析空腔磁性植入器件的振动频率，可以实现对于压强的无线传感，其中压强越大，振动频率越大；借助表面特异性化学修饰与开放空腔结构，通过分析振动频率，可以实现对于特定生物标志物的无线传感，其中生物标志物浓度越高，振动频率越低。

图2. 对大鼠的脑脊液粘稠度、颅内压与葡萄糖含量进行无线监测。

该工作以“Millimeter-scale magnetic implants paired with a fully integrated wearable device for wireless biophysical and biochemical sensing”为题，于2024年3月20日在线发表于学术期刊Science Advances（DOI: 10.1126/sciadv.adm9314）。北京大学博士研究生万基为第一作者，聂众一为共同一作，韩梦迪助理教授是文章的通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金（No. 62104009）、北京大学新工科交叉专项和北京大学微纳加工实验室校级平台（Peking Nanofab）的支持。