The Innovation Materials | 深层组织健康监测新方案：可穿戴柔性光声贴片

导 读

利用可穿戴设备对用户进行个性化诊疗已经成为现代医疗领域的主要趋势。然而，目前商用产品在重量、便携性和灵活性等方面仍受到制约。近年来，柔性电子技术的兴起为便携监测提供了新思路。本文将针对这一问题，探讨基于柔性电子技术的健康监测器件的历史发展脉络，并评述了用于深层组织信息采集的光声贴片技术，同时还展望了柔性可穿戴电子在未来的发展方向。

图1 光声原理，当前光声柔性电子贴片设计以及柔性电子的发展历程（发展方向包括无线化、多模态、多功能以及多维度）。

用于健康监测的柔性电子的发展历程

柔性电子技术是将电子元器件和传感器等集成在柔性基底上的新兴电子技术。该创新技术在健康监测领域的发展可以追溯到20世纪初，当时研究人员开始尝试使用传感器集成在柔性基底上来监测心率和呼吸。随着新型柔性材料和微加工技术不断革新，实时追踪生理信号变得切实可行。在此过程中，出现了几个重要的里程碑：

2011年，Rogers教授课题组通过光刻和金属化技术开发出柔性传感器，可以测量心脏和大脑产生的电活动，为可穿戴电子产品的发展铺平道路，从而实现生命体征和健康数据的连续监测。

2014年，鲍哲南教授的团队利用微机电系统 (MEMS) 技术，开发了一种可穿戴的高灵敏度压力传感器，提供有关心血管健康、情绪状态和人体生理学其他方面的信息。

2020年，Rogers教授的研究小组进一步推进了可穿戴技术的界限，提出了一种用于心脏中的保形、高密度和多模态传感和驱动的高度集成的电子系统。

新型光声柔性贴片可用于三维健康信息监测

传统的柔性贴片主要局限于监测一维或者二维信息。然而，最近徐升教授团队提出了一种创新集成的柔性可穿戴光声贴片（图1B），光声原理（图1A），可以对深层组织中的血红蛋白进行三维映射，此项成果于Nature Communications杂志发表（Nat. Commun. 2022, 13, 7757）。该工作为生物分子监测开创了新平台，为评估血管功能、诊断血管疾病以及监测人体生理状态提供了一种准确有效的策略。因此，这一光声贴片的理概念为进一步推动光声技术的小型化和无线可穿戴电子产品的发展提供了全新思路。

可穿戴柔性电子在健康监测的发展方向

迄今，可穿戴柔性电子发展趋势可以归纳为以下几个阶段（图1C）：第一代柔性电子贴片主要用于采集一维生理信号，第二代则专注于获取深层组织内部的二维/三维图像，如超声和光声图像。展望未来，第三代有望将前两代融合，提供更全面的健康信息。新一代的柔性电子贴片可能会集成无线、多尺度、多模态和多功能特征，用于生物信号采集、传输和处理。第三代可穿戴柔性电子贴片不仅可以提供监测组织的图像信息，还能够提供各种关键生理参数，从而实现家庭健康监测和自我健康检查。这些前瞻性进展将引领着未来健康监测的发展方向。

总结与展望

在这篇评论文章中，我们首先简要介绍了用于健康监测的柔性电子技术的历史进展，并深入探讨了最新柔性光声贴片工作的创新性。同时，我们展望了柔性电子技术在健康监测领域未来的发展方向。新一代可穿戴柔性电子贴片将带来更加全面的信息获取能力，涵盖了一维、二维和三维的数据，这些信息具有无线、多尺度、多模态和多功能特征，可用于生物信号采集、传输和处理。新一代可穿戴柔性电子贴片不仅能够提供组织图像监测，还可以提供各种关键生理参数，从而进一步支持家庭健康监测和个人健康检查。这些令人期待的进展将为健康监测领域带来更为广阔的前景和潜力。

责任编辑

黄    干    德国卡尔斯鲁厄理工学院

孙洪涛     The Pennsylvania State University，University Park

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

本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Materials第1卷第2期以Commentary发表的“Soft electronics go for three-dimensional health monitoring in deep tissue” (投稿: 2023-07-10；接收: 2023-08-20；在线刊出: 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.

作者简介

赖溥祥，博士，受聘于香港理工大学生物医学工程系，创立生物光子学实验室，现为终身副教授（博导），实验室主任。赖博士长期致力于声光结合及其在生物医学成像、治疗以及操控领域的应用研究，以第一或通讯作者在Nature Photonics, Nature Communications, The Innovation, Advanced Science等学术期刊发表论文80余篇，多次获得国际会议最佳论文荣誉。2017年起主持国家自然科学基金、香港特别行政区大学教育资助委员会、香港创新科技署（Tier 3，粤港联合项目，深港联合项目）、广东省科技厅、深圳市科技创新委员会等基金多项。目前担任中国光学学会生物医学光子学分会常委，中国生物医学工程学会生物医学光子学分会委员，Visual Computing for Industry, Biomedicine, and Art(VCIBA)副主编，Advanced Photonics Nexus编委，Journal of Innovative Optics in Health and Science (JIOHS)编委，Medicine in Novel Technology and Devices (MEDNTD) 编委，The Innovation青年编委等学术任职。

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

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