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综述:柔性传感电子器件在人类生命周期数字健康中的应用:妊娠期、婴儿期及老年期的前景
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年08月09日 来源:Review of Materials Research
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这篇综述系统阐述了柔性传感电子器件(Flexible Sensing Electronics)在数字健康领域的跨学科应用,重点聚焦妊娠期(ECG/SpO2监测)、婴儿期(NICU无线皮肤贴片)及老年期(慢性病管理)三大关键生命阶段。通过整合无线技术(RFID/NFC)与人工智能(AI)算法,该技术突破了传统刚性传感器在舒适性、长期监测和数据精度上的局限,为个性化医疗(Personalized Medicine)和全生命周期健康管理提供了创新解决方案。
柔性传感电子器件的核心优势在于其机械适应性、高灵敏度和生物相容性。材料选择上,聚二甲基硅氧烷(PDMS)和导电聚合物(如PEDOT:PSS)因其低杨氏模量(0.05 MPa-3.1 GPa)成为主流基底,而碳基材料(石墨烯/MXene)和液态金属(EGaIn)则提供了优异的导电性。针对特殊人群需求,例如婴儿的脆弱皮肤需采用低粘附力水凝胶(如明胶-没食子酸贴片),而老年群体则依赖自修复蛋白基材料(拉伸率790%)以实现长期运动监测。
妊娠期监测面临母体生理剧变与胎儿信号微弱的双重挑战。柔性阵列传感器通过蛇形岛设计贴合腹部,同步捕获母体心率、宫缩压力及胎儿运动(灵敏度达22.4 V/kPa)。光纤传感器(Young's模量8 MPa)实现了羊水生化标志物的无创检测,显著降低流产风险。此外,葡萄糖-pH-温度三响应水凝胶为妊娠糖尿病提供了动态筛查工具。
婴儿监测需平衡信号精度与皮肤安全性。NICU专用无线贴片(厚度<0.18 mm)采用射频供能(RF)和蓝牙传输,实现ECG/血氧的无创采集。激光诱导石墨烯 diaper 传感器可实时反馈睡眠姿势与尿湿状态,而全身运动捕捉网络(三轴加速度计)则助力脑瘫早期筛查。值得注意的是,热激活水凝胶贴片通过冰敷无痛剥离,解决了新生儿皮肤损伤难题。
老年群体监测聚焦慢性病与行动安全。离子液体-麦胶蛋白电子皮肤可识别细微步态异常(帕金森氏症标志),而射频供能贴片(0.18 mm厚)实现了独居老人的远程生命体征追踪。压力传感鞋垫结合AI算法,通过足底压力分布预警糖尿病足,透明聚丙烯酰胺水凝胶则开发出自供电人机交互界面,满足失能老人的基础需求表达。
无线能量传输(压电阵列超声供能)与数据互通(NFC/深度学习)是技术融合的核心。例如,定向冷冻梯度多孔结构传感器通过蓝牙低功耗(BLE)实现压疮预警,而卷积神经网络(CNN)可解析婴儿面部表情的疼痛信号。未来挑战集中于材料稳定性(抗汗液电解腐蚀)、嵌入式AI算力优化及隐私加密(如RFID数据链)三大方向,最终推动数字健康向全场景个性化服务迈进。
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