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The Innovation Materials

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月09日 08:38

導(dǎo) 讀

利用可穿戴設(shè)備對(duì)用戶進(jìn)行個(gè)性化診療已經(jīng)成為現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域的主要趨勢(shì)。然而，目前商用產(chǎn)品在重量、便攜性和靈活性等方面仍受到制約。近年來，柔性電子技術(shù)的興起為便攜監(jiān)測(cè)提供了新思路。本文將針對(duì)這一問題，探討基于柔性電子技術(shù)的健康監(jiān)測(cè)器件的歷史發(fā)展脈絡(luò)，并評(píng)述了用于深層組織信息采集的光聲貼片技術(shù)，同時(shí)還展望了柔性可穿戴電子在未來的發(fā)展方向。

圖1 光聲原理，當(dāng)前光聲柔性電子貼片設(shè)計(jì)以及柔性電子的發(fā)展歷程（發(fā)展方向包括無線化、多模態(tài)、多功能以及多維度）。

用于健康監(jiān)測(cè)的柔性電子的發(fā)展歷程

柔性電子技術(shù)是將電子元器件和傳感器等集成在柔性基底上的新興電子技術(shù)。該創(chuàng)新技術(shù)在健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)初，當(dāng)時(shí)研究人員開始嘗試使用傳感器集成在柔性基底上來監(jiān)測(cè)心率和呼吸。隨著新型柔性材料和微加工技術(shù)不斷革新，實(shí)時(shí)追蹤生理信號(hào)變得切實(shí)可行。在此過程中，出現(xiàn)了幾個(gè)重要的里程碑：

2011年，Rogers教授課題組通過光刻和金屬化技術(shù)開發(fā)出柔性傳感器，可以測(cè)量心臟和大腦產(chǎn)生的電活動(dòng)，為可穿戴電子產(chǎn)品的發(fā)展鋪平道路，從而實(shí)現(xiàn)生命體征和健康數(shù)據(jù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)。

2014年，鮑哲南教授的團(tuán)隊(duì)利用微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 技術(shù)，開發(fā)了一種可穿戴的高靈敏度壓力傳感器，提供有關(guān)心血管健康、情緒狀態(tài)和人體生理學(xué)其他方面的信息。

2020年，Rogers教授的研究小組進(jìn)一步推進(jìn)了可穿戴技術(shù)的界限，提出了一種用于心臟中的保形、高密度和多模態(tài)傳感和驅(qū)動(dòng)的高度集成的電子系統(tǒng)。

新型光聲柔性貼片可用于三維健康信息監(jiān)測(cè)

傳統(tǒng)的柔性貼片主要局限于監(jiān)測(cè)一維或者二維信息。然而，最近徐升教授團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新集成的柔性可穿戴光聲貼片（圖1B），光聲原理（圖1A），可以對(duì)深層組織中的血紅蛋白進(jìn)行三維映射，此項(xiàng)成果于Nature Communications雜志發(fā)表（Nat. Commun. 2022, 13, 7757）。該工作為生物分子監(jiān)測(cè)開創(chuàng)了新平臺(tái)，為評(píng)估血管功能、診斷血管疾病以及監(jiān)測(cè)人體生理狀態(tài)提供了一種準(zhǔn)確有效的策略。因此，這一光聲貼片的理概念為進(jìn)一步推動(dòng)光聲技術(shù)的小型化和無線可穿戴電子產(chǎn)品的發(fā)展提供了全新思路。

可穿戴柔性電子在健康監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向

迄今，可穿戴柔性電子發(fā)展趨勢(shì)可以歸納為以下幾個(gè)階段（圖1C）：第一代柔性電子貼片主要用于采集一維生理信號(hào)，第二代則專注于獲取深層組織內(nèi)部的二維/三維圖像，如超聲和光聲圖像。展望未來，第三代有望將前兩代融合，提供更全面的健康信息。新一代的柔性電子貼片可能會(huì)集成無線、多尺度、多模態(tài)和多功能特征，用于生物信號(hào)采集、傳輸和處理。第三代可穿戴柔性電子貼片不僅可以提供監(jiān)測(cè)組織的圖像信息，還能夠提供各種關(guān)鍵生理參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)家庭健康監(jiān)測(cè)和自我健康檢查。這些前瞻性進(jìn)展將引領(lǐng)著未來健康監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向。

總結(jié)與展望

在這篇評(píng)論文章中，我們首先簡(jiǎn)要介紹了用于健康監(jiān)測(cè)的柔性電子技術(shù)的歷史進(jìn)展，并深入探討了最新柔性光聲貼片工作的創(chuàng)新性。同時(shí)，我們展望了柔性電子技術(shù)在健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域未來的發(fā)展方向。新一代可穿戴柔性電子貼片將帶來更加全面的信息獲取能力，涵蓋了一維、二維和三維的數(shù)據(jù)，這些信息具有無線、多尺度、多模態(tài)和多功能特征，可用于生物信號(hào)采集、傳輸和處理。新一代可穿戴柔性電子貼片不僅能夠提供組織圖像監(jiān)測(cè)，還可以提供各種關(guān)鍵生理參數(shù)，從而進(jìn)一步支持家庭健康監(jiān)測(cè)和個(gè)人健康檢查。這些令人期待的進(jìn)展將為健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域帶來更為廣闊的前景和潛力。

責(zé)任編輯

黃干德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院

孫洪濤 The Pennsylvania State University，University Park

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原文鏈接：https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-mater.2023.100022

本文內(nèi)容來自The Innovation姊妹刊The Innovation Materials第1卷第2期以Commentary發(fā)表的“Soft electronics go for three-dimensional health monitoring in deep tissue” (投稿: 2023-07-10；接收: 2023-08-20；在線刊出: 2023-08-23)。

DOI: https://doi.org/10.59717/j.xinn-mater.2023.100022

引用格式：Zhou Y., Li J., Tan Q., et al. (2023). Soft electronics go for three-dimensional health monitoring in deep tissue. The Innovation materials 1(2), 100022.

作者簡(jiǎn)介

賴溥祥，博士，受聘于香港理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系，創(chuàng)立生物光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)為終身副教授（博導(dǎo)），實(shí)驗(yàn)室主任。賴博士長期致力于聲光結(jié)合及其在生物醫(yī)學(xué)成像、治療以及操控領(lǐng)域的應(yīng)用研究，以第一或通訊作者在Nature Photonics, Nature Communications, The Innovation, Advanced Science等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文80余篇，多次獲得國際會(huì)議最佳論文榮譽(yù)。2017年起主持國家自然科學(xué)基金、香港特別行政區(qū)大學(xué)教育資助委員會(huì)、香港創(chuàng)新科技署（Tier 3，粵港聯(lián)合項(xiàng)目，深港聯(lián)合項(xiàng)目）、廣東省科技廳、深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)等基金多項(xiàng)。目前擔(dān)任中國光學(xué)學(xué)會(huì)生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)分會(huì)常委，中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)分會(huì)委員，Visual Computing for Industry, Biomedicine, and Art(VCIBA)副主編，Advanced Photonics Nexus編委，Journal of Innovative Optics in Health and Science (JIOHS)編委，Medicine in Novel Technology and Devices (MEDNTD) 編委，The Innovation青年編委等學(xué)術(shù)任職。

Web：https://www.polyu.edu.hk/bme/people/academic-staff/dr-puxiang-lai/

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The Innovation是一本由青年科學(xué)家與Cell Press于2020年共同創(chuàng)辦的綜合性英文學(xué)術(shù)期刊：向科學(xué)界展示鼓舞人心的跨學(xué)科發(fā)現(xiàn)，鼓勵(lì)研究人員專注于科學(xué)的本質(zhì)和自由探索的初心。作者來自全球55個(gè)國家；已被136個(gè)國家作者引用；每期1/5-1/3通訊作者來自海外。目前有196位編委會(huì)成員，來自21個(gè)國家；50%編委來自海外；包含1位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，37位各國院士；領(lǐng)域覆蓋全部自然科學(xué)。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI等數(shù)據(jù)庫收錄。2022年影響因子為32.1，CiteScore為23.6。秉承“好文章，多宣傳”理念，The Innovation在海內(nèi)外各平臺(tái)推廣作者文章。

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