目前，心血管疾病（CVD）是致命性的慢性疾病，心电图监测可成为早期诊断的重要手段[2]。心血管疾病已成为全球致残和死亡的主要原因：全球每年约有1790万人死于心血管疾病，占总死亡人数的32%；在中国， CVD 患者数量已超过3.3亿人，其中40%为心血管疾病患者。若未能及时诊断和干预，这些心血管疾病将严重损害患者的生活质量及预期寿命。因此，持续、精准且无创的心脏功能监测已成为早期预警、准确诊断及及时治疗的关键环节，对减轻疾病负担、保障人类健康具有深远的实际意义。

  针对上述挑战，济南大学王鹏博士、复旦大学李卓教授与浙江理工大学孟垂舟教授近日联合在 Advanced Functional Materials上发表题为“Enhancing Signal-to-Noise Ratio in Flexible ECG Monitoring: Materials, Structural Designs, and Algorithmic Strategies”的研究成果。文章分析了传统心电图监测中信号干扰的主要成因，随后系统阐述了柔性心电图电极的材料选择、结构设计及算法设计，并最终对心电图监测技术的未来发展提出了前瞻性展望。

  传统柔性传感器往往功能单一，且难以兼顾灵敏性与环境稳定性。为解决这一问题，研究团队采用湿法纺丝技术，分别制备了基于PEDOT:PSS/AgNWs（银纳米线）和PEDOT:PSS/CNTs（碳纳米管）的两种水凝胶纤维，并通过加捻缠绕形成仿常春藤的双螺旋结构。外层聚丙烯酸钠水凝胶基体兼具粘附性与导电性，内部两种导电填料协同作用，使纤维在应变传感、非接触感知和电磁屏蔽方面均表现优异。

图1：干电极材料分类。(a)金纳米膜电极。(b) DA-PPy/PVA纳米颗粒制备过程及化学结构示意图 (c)皮肤复制品与 VDE 界面显微镜图像 (d) AgPHPUS中沉积的AgNWs/ PVB 分形图案表面SEM图像。(e) Ppy@AM-SF/CNC电极。(f)石墨烯三维示意图 (g) Ga50In50结构示意图。(h) PEDOT : PSS 涂层后 PDMS 海绵微观结构光学显微照片。(i)超疏水性 PTCCS 纺织材料（插图D显示水接触角为165.2°）。

图2：湿电极材料的分类。(a) Ag / 氯化银 QRE（在 120℃下固化 20 分钟）的 SEM 图像，(b) 银纳米线（AgNWs）的界面阻抗，(c) HCuMx-y 的制备工艺，(d) HCuM0.13-0.40 应变传感器的响应时间与恢复时间，(e) 聚乙烯醇水凝胶结构示意图，(f) 含不同比例 PC/rGO 复合物的 PC/rGO/PVA 水凝胶储能模量的频率依赖性，(g) LM@SF-PAA 水凝胶，(h) LM@SF-PAA 水凝胶与商用凝胶电极的界面阻抗，(i) 超疏水 PTCCS 纺织品（D 插图显示水接触角为 165.2°），(j) 剪切速率（衡量液体或气体在剪切应力下变形速度的指标）。

图 3：干电极结构的分类。(a) 皮肤贴合型纳米电极示意图，(b) 静息状态下纳米电极（红色）、凝胶电极（黑色）及厚电极（蓝色）测量的 The ECG 信号，(c) 人体皮肤与纳米电极界面放大视图（比例尺：50 μm），(d) 海绵电极结构示意图，(e) PEDOT : PSS 涂层前 PDMS 海绵微观结构光学显微照片，(f) 海绵电极采集的心电图波形典型示例，清晰显示 P 波、QRS 复合波及 T 波，(g) 水蛭后吸盘与体部结构示意图及其对应基于水蛭形态设计的非弹性与各向异性折纸模型在受压状态下的折叠特征，(h) 传感机器人与 Ag/AgCl 电极采集的心电图信号。

图 4：湿电极结构的分类。(a) 展示气凝胶电极制备步骤的示意图以及气凝胶电极在心电图（ECG）、肌电图（EMG）和脑电图（EEG）记录应用中的使用示意图，(b) 气凝胶的 SEM 图像，(c) 扭转状态下柔性电极的 ECG 记录图像，(d) 由 CPU-Fe-Py-U 和导电双网络水凝胶组成的仿生 EHI 分子结构，(e) EHI 在 100% 应变下的局部截面 SEM 显微照片，(f) EHI 电极同步记录的心电图信号频谱图，(g) 浸入前具有多重超分子相互作用的聚合物网络示意图，(h) B2A3C1024 水凝胶电极监测的水下心电图信号，(i) EGIE 电极动态检测电生理信号示意图（已获得图像使用授权），(j) 与人体皮肤相匹配的共形 EGIE，(k) 从原位自催化形成的互锁结构中测得的心电图信号。

图 5：心电图设备算法分类。(a) 用于四种典型心律失常分类与诊断的 CNN & LSTM 智能算法模型，(b) 心电图信号处理算法，(c) PFedALECG 系统概述，(d) 心电图信号分类常见步骤，(e) 放大版一维卷积神经网络（1D CNN）示意图，(f) 流程图展示了心电图预处理、基于经验模态分解（EMD）的特征提取、非线性特征计算以及方差分析和 t 检验等统计方法在预测心脏骤停中的应用。

图 6：具有极低界面阻抗的生物粘附性离子导电有机水凝胶。(a) SF 有机水凝胶的化学结构示意图。插图展示了 SF 有机水凝胶的离子导电性能及自粘附特性，(b) SF 有机水凝胶的粘附机制及其低电极 - 表皮界面阻抗特性，(c) SF 有机水凝胶在生物电监测领域（包括心电图、肌电图和脑电图信号采集）中作为组织 / SF 有机水凝胶 / 电极界面的应用示例。下图展示了用于生物电子监测的组织 / SF 有机水凝胶 / 电极界面等效电路模型，(d) 经 75% 乙醇清洗后多次使用的 SF 有机水凝胶电极进行心电图测量的结果，(e) 商用电极（下图）与 SF 有机水凝胶电极（上图）的结构差异对比，(f) 使用商用电极与 SF 有机水凝胶电极在 60 天后的心电图测量结果对比；虚线框内为单个心电图信号波形，(g) SF 有机水凝胶界面与侵入式电极进行 ABR 信号测试的照片，下图对比了两种电极获取的信号形态，(h) 在 90、60、25 dB 刺激强度下，SF 有机水凝胶、CS 有机水凝胶及侵入式金属探针采集的 ABR 信号，极低界面阻抗生物粘附型离子导电有机水凝胶。

图 7：纳米多孔碳-MXene异质结构表皮贴片。(a) 将双 HEB 贴片安装于胸部以监测心电图信号的示意图，(b) 将贴片安装于前臂以监测肌电图信号的示意图，(c) 在受试者额头 Fp1 和 Fp2 位置安装贴片以监测脑电图信号的方案，(d) 通过优化热处理从 ZiF-67 八面体纳米晶体制备 NPC 的过程，(e) MXene（Ti3C2Tx）功能化过程：采用 MILD 合成法从 Ti3AlC2-MAX 相中蚀刻出铝层，使其剥离形成二维纳米片层，其钛表面随机带有?OH、?O 和?F 官能团；NPC@MXene 纳米复合材料通过原位杂化法制备，(f) 包含葡萄糖和 pH 传感器的工作电极功能化过程：苯胺电聚合（Pani）作为 pH 传感层，电沉积铂纳米颗粒（PtNPs）作为葡萄糖生物传感器的电催化剂。传感器制备的详细信息参见正文，纳米多孔碳 - MXene 异质结构表皮贴片。

  综上所述，该工作的核心创新在于以信噪比为切入点，全面总结电极材料、结构设计及心电图算法领域的研究进展，为柔性心电监测设备的性能优化提供宝贵见解，并有助于解决临床心电监测中与信号稳定性和诊断准确性相关的关键问题。

作者介绍

  王鹏：济南大学机械工程学院硕士生导师，校聘青年英才岗，研究方向为柔性传感器，以第一作者/通讯作者发表论文51篇 (包括31篇一区Top期刊，5篇ESI前1%高被引文章），包括Advanced Functional Materials、Nano Micro Letters、InfoMat、Advanced Fiber Materials等高水平期刊；累计撰写、申请发明专利19项，其中9项已授权；主持中国博士后面上项目、山东省青年基金、技术开发项目等4项；担任Exploration期刊青年编委；中国微米纳米学会高级会员；受邀担任国际SCI检索期刊Advanced Functional Materials、Nano Micro Letters、Nano Energy、Chemical Engineering Journal等的审稿人；2025年获得济南市自然科学技术成果一等奖，山东省机械工业科学技术奖三等奖，天津市优秀博士论文，连续两年获得2021年、2022年博士研究生国家奖学金，2022年获得天津市创新奖学金，2023年获得河北省优秀毕业生，2018年获得天津市王克昌文化科技奖学金。个人主页：https://faculty.ujn.edu.cn/wangpeng1/zh_CN/index/149227/list.

  李卓：复旦大学材料科学系青年研究员、博士生导师，研究兴趣为高分子复合材料在电子封装和柔性电子领域的应用。2007年本科毕业于同济大学，2009年和2014年分别在美国弗吉尼亚理工大学和佐治亚理工学院获得硕士和博士学位。毕业后先后在美国塞拉尼斯公司和中石油休斯敦技术研究中心开展高分子材料研发工作，并于2016年9月加入复旦大学。回国后先后入选国家海外高层次引进人才青年项目、上海市浦江人才计划、上海市青年启明星科技计划等多个人才项目。在Nat. Commun., Adv. Funct. Mater.等期刊共发表论文40余篇，引用2000余次。IEEE ECTC和IEEE ICEPT 两个国际会议的技术委员会委员，以及IEEE 女性工程师协会上海分会的副主席，并获得2020年度IEEE 电子封装协会杰出青年工程师奖。

  孟垂舟：浙江理工大学材料科学与工程学院特聘教授，博士生导师。国家海外高层次人才引进计划青年特聘专家、河北省海外高层次青年人才、河北省侨联侨界专家委员会委员。清华大学物理学学士、博士学位，曾任职美国普渡大学生物医学工程系博士后研究员、美国IBM半导体研发中心高级工程师、新奥集团能源研究院石墨烯/储能/能源新材料等技术中心主任。长期从事新型纳米材料和高分子弹性体的制备研究，以及其在能源转换与存储、生物医学传感、柔性电子皮肤、可穿戴健康设备、和健康护理装备上的应用开发。

  原文信息

  X. Sun, C. Zhang, G. Sun, et al. “Enhancing Signal-to-Noise Ratio in Flexible ECG Monitoring: Materials, Structural Designs, and Algorithmic Strategies.” (2026).

  https://doi.org/10.1002/adfm.76294