《Nano-Micro Letters》综述：用于日常生理信号监测的透气 ...

世外修行

随着社会的老龄化和人们对个人健康关注度的提高，在日常生活中进行长期的生理信号监测成为需求。近年来，用于日常健康监测应用的电子皮肤（e-skin）凭借其在高质量生理信号监测和系统集成方面的优势，获得了快速发展。其中，透气型电子皮肤避免了汗水的积聚，大大提高了长期佩戴的舒适度。近日，来自清华大学的杨轶、刘厚芳和任天令教授团队介绍了透气电子皮肤电极、传感器和日常生理信号监测系统的最新进展。系统地讨论了它们的设计方法、功能材料、结构、制造工艺和性能。随后，展示了典型的多功能、高度集成、智能的电子皮肤系统。最后，讨论了透气电子皮肤在日常健康监测中可能面临的挑战，并对它们的未来发展方向进行了总结。相关论文“Breathable Electronic Skins for Daily Physiological Signal Monitoring”于2022年8月9日发表于杂志《Nano-Micro Letters》上。

首先，作者根据监测生理信号的类型，分别介绍了典型的透气电子皮肤在监测心电图（图1a-c）、眼电图（图1d-e）、肌电图（图2a-c）、脑电图（图2d-f）等应用中的发展，并重点介绍了这些透气电子皮肤电极的制备方法和特点。



图1 透气电子皮肤监测心电图、眼电图的典型例子



图2 透气电子皮肤监测肌电图、脑电图的典型例子

在日常长期健康监测需求不断增长的推动下，用于监测日常生活中各种生理信号的可穿戴传感器近年来发展迅速。目前，研究者们已经开发了多种透气电子皮肤传感器，并且还使用精心设计的透气结构开发了多种先进的生理信号监测方法。接下来，作者根据其监测的生理信号类型，如触觉（图3a-b）、身体运动（图3c-d）、呼吸（图3e-f）、脉搏（图3g-h）、皮肤表面湿度（图4a-b）、体温（图4c-d）、葡萄糖（图4e）、心音（图4f）、人声（图4g）和视网膜电图（图4h），介绍透气电子皮肤传感器的最新发展。并讨论了它们的设计理念、制造方法和性能。此外，根据不同生理信号的感知需求，作者还总结了它们的特点，包括传感器类型、透气性、材料和制作方法。



图3 透气电子皮肤传感在监测生理信号方面的应用一



图4 透气电子皮肤传感在监测生理信号方面的应用二

用于日常健康监测的透气电子皮肤系统近年来成为研究热点。为了更适合在日常生活中长期使用，透气电子皮肤逐渐发展为整个监测系统。这一趋势存在几个重要的变化：（1）透气的电子皮肤可以通过集成各种透气传感器和电极来检测更多种类的生理信号。（2）透气的电子皮肤越来越一体化。它们除了具有基本的生理信号监测功能外，还具有信号存储、信号处理、信号传输、疾病治疗等功能，适合日常独立工作，实现原位传感-处理-诊断能力。（3）透气的电子皮肤变得越来越智能。它们可以使用智能算法对生理信号进行分类或诊断，以评估健康状况，甚至诊断疾病。作者在文中介绍这三种变化所开发的透气电子皮肤系统，并展示了其在日常保健中的优势。
关于制备方法，作者强调了静电纺丝织物在在透气电子皮肤电极和传感器中的重要作用。此外，无基材或类似纹身的电子皮肤更容易实现透气和无感的附着在皮肤上，但它们必须克服因缺乏基材而导致的耐用性及稳定性的降低，以及加工难度和器件可靠性的挑战。关于电子皮肤的透气性，作者提到可以通过增加基材的孔隙率提高电子皮肤透气性。关于材料，作者认为基于新型低维纳米材料的透气电子皮肤有望在下一个时期蓬勃发展。
期待研究者的共同努力，实现完整、高效“信号传感-传输-诊断”能力的多功能、高度集成、智能的透气电子皮肤，希望电子皮肤能像真正的医生一样在日常长期保健中发挥作用！

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