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綜述：電子皮膚及其在泛健康監(jiān)測領域的先進應用

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2025年09月05日 09:48

本文全面總結了電子皮膚在醫(yī)療保健領域的最新進展，以及當前面臨的主要挑戰(zhàn)。研究人員圍繞應用于健康監(jiān)測的電子皮膚所需要的特性展開了討論，分析了電子皮膚的基本傳感原理和技術組件，全面介紹了近年來電子皮膚在泛健康監(jiān)測領域的應用。

皮膚是人體最大的器官，覆蓋了人體整個表面，不僅具有透氣、導濕、柔韌和彈性等物理特性，還具有危險屏蔽、自我修復、力感知、溫度感知和濕度感知等功能特性。換句話說，它可以作為一個有效的保護屏障，保護人體免受外部傷害，同時為感知和響應外部刺激提供了一個理想的平臺。

電子皮膚是一種具有柔性和智能感知能力的仿生器件，能夠模仿人體皮膚的觸感、溫度、壓力等感知功能。憑借其柔韌性、透氣性、生物相容性等特點，電子皮膚已廣泛應用于健康管理、個性化醫(yī)療、疾病預防等泛健康領域。隨著新傳感原理的提出、先進功能材料的開發(fā)、微加工技術的發(fā)展以及人工智能（AI）與算法的融合，電子皮膚的發(fā)展進一步加速。

面對新興的材料、創(chuàng)新的合成技術、先進的微加工技術以及在醫(yī)療保健領域的應用不斷擴大，總結介紹電子皮膚最新的研究成果正變得越來越重要。據(jù)麥姆斯咨詢介紹，南京大學、內蒙古大學和南京醫(yī)科大學組建的聯(lián)合研究團隊在Biomedicines期刊上發(fā)表了一篇題為“E-Skin and Its Advanced Applications in Ubiquitous Health Monitoring”的綜述性文章。該綜述全面總結了電子皮膚在醫(yī)療保健領域的最新進展，以及當前面臨的主要挑戰(zhàn)。研究人員圍繞應用于健康監(jiān)測的電子皮膚所需要的特性展開了討論，分析了電子皮膚的基本傳感原理和技術組件，全面介紹了近年來電子皮膚在泛健康監(jiān)測領域的應用。最后，文章討論了電子皮膚在醫(yī)療保健領域面臨的主要挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展方向。

電子皮膚的主要特性及其應用概覽

電子皮膚用于健康監(jiān)測的重要特性

電子皮膚是一種模仿人體皮膚的柔性電子器件，因此首先需要模仿人體皮膚的基本特性——柔韌性。此外，為了滿足在不同環(huán)境下佩戴舒適、傳感性能穩(wěn)定的要求，電子皮膚還應具備透氣性和適形性。當然，作為一種融合先進技術和材料的電子皮膚，對人體安全和環(huán)境友好的生物可降解性也極為重要。本綜述詳細討論了這些重要特性，并介紹了相關材料及其最新制備技術。

電子皮膚蜂窩結構的預拉伸和機械模擬

電子皮膚的適形性和透氣性

醫(yī)療保健電子皮膚的基本原理和技術組件

電子皮膚的不同傳感機制決定了其在健康監(jiān)測和醫(yī)療領域的不同性能。目前，電子皮膚不僅具有應力應變、體溫、濕度、氣體、生化、生物物理信號等傳感功能，還具有能量收集、自愈、制冷、光熱轉換、藥物緩釋等多種功能。電子皮膚的不同功能極大地豐富并拓展了其在醫(yī)療保健領域的應用，增強了其實用性。其中，應力應變等機械力傳感功能是電子皮膚最重要、最廣泛、最基本的功能。根據(jù)傳感機制，可將其分為電阻式、電容式、壓電式和摩擦電式。

電子皮膚的傳感機制和工作模式

盡管卓越的機械傳感能力可以監(jiān)測人體的日常行為和情緒狀態(tài)，以及血壓、脈搏、呼吸等生命指標，基本可以滿足電子皮膚對人體健康狀況的監(jiān)測。然而，更精確、更專業(yè)的生理指標和醫(yī)療參數(shù)并不能完全通過機械傳感來獲取。因此，除了機械力感應功能外，電子皮膚還需要感應溫度、濕度、氣體、生化分子和光子。

用于健康監(jiān)測和醫(yī)療等領域的電子皮膚需要有明確的生理參數(shù)檢測指標，以分析和預測人體的健康狀況。人體最重要的健康指標包括體溫、呼吸、脈搏和血壓等生命體征，這些指標也能評估生命活動及其質量。電子皮膚需要在日常生活中持續(xù)監(jiān)測這些信號，并發(fā)出不同信號之間的相互作用，以區(qū)分需要監(jiān)測的信號，從而提供初步診斷信息。

用于呼吸監(jiān)測的電子皮膚

能量收集和數(shù)據(jù)傳輸

能量收集是確保電子皮膚可以長時間無感佩戴，并進行持續(xù)健康監(jiān)測的技術。引入的能量收集器可用作傳感器的電源，也可直接用作自供電傳感器，無需外部電源。電子皮膚利用的能量可分為機械能、光電能、熱電能和化學能等多種類型，其中機械能最為常見，也最容易獲取。目前，摩擦納米發(fā)電機（TENG）和壓電納米發(fā)電機（PENG）是收集機械能為電子皮膚提供能量的主要自供電系統(tǒng)。

用于步態(tài)分析和運動檢測的自供電電子皮膚系統(tǒng)

根據(jù)傳感器與數(shù)據(jù)接收器之間的距離、供電方式、功能特點等因素，射頻識別（RFID）、近場通信（NFC）和低功耗藍牙（BLE）等無線通信技術已被開發(fā)用于電子皮膚設備，為其實時監(jiān)控、動態(tài)響應和即時反饋提供了途徑。

泛健康監(jiān)測應用的電子皮膚

本文總覽了電子皮膚在健康管理、運動監(jiān)測、情緒和心臟監(jiān)測等方面的具體應用。此外，還分析了電子皮膚在嬰幼兒護理、老年人護理和殘疾人輔助設備等方面的應用意義。

用于新生兒重癥監(jiān)護的無線電子皮膚系統(tǒng)

挑戰(zhàn)與前景

本綜述全面討論了電子皮膚的特點、功能、傳感模式、能量收集和信號傳輸機制，同時評估了電子皮膚在健康監(jiān)測和個性化醫(yī)療中的應用。盡管最近取得了一些進展，但其關鍵挑戰(zhàn)依然存在，包括長時間使用的高效能量存儲、穩(wěn)定的高通量信號傳輸以及對特定人群的適應性等。要解決這些問題，需要開發(fā)先進的能量收集技術，加強實時數(shù)據(jù)處理和安全無線傳輸，改善柔性材料的機械性能以承受變形，以及降低多模態(tài)傳感系統(tǒng)中的信號干擾。這些無疑增加了將電子皮膚集成到醫(yī)療系統(tǒng)中的初期成本。但從長遠來看，電子皮膚能夠有效降低醫(yī)療成本，提高監(jiān)管和護理質量，改善患者健康狀況，為醫(yī)療保健領域帶來巨大的經(jīng)濟效益。此外，將電子皮膚的應用擴大到資源有限的群體也至關重要。電子皮膚未來的發(fā)展取決于材料科學、人工智能和能源技術的跨學科創(chuàng)新，使其應用范圍超越醫(yī)療保健，擴展到人機交互、康復和智能生活等更廣泛的領域。

論文鏈接：https://doi.org/10.3390/biomedicines12102307

延伸閱讀：

《電子皮膚貼片技術及市場-2022版》

《可穿戴傳感器技術及市場-2025版》

《印刷和柔性傳感器技術及市場-2024版》　

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