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在當今數(shù)字化時代，可穿戴和可植入設(shè)備已經(jīng)成為醫(yī)療保健、體育、軍事等領(lǐng)域的重要組成部分。這些設(shè)備不僅擴展了我們的生活方式，還為個性化醫(yī)療領(lǐng)域提供了令人興奮的機會。然而，傳統(tǒng)的剛性生物電子學(xué)設(shè)備與人體組織的機械和生物化學(xué)特性不匹配，引發(fā)了一系列的挑戰(zhàn)。
剛性生物電子學(xué)設(shè)備雖然在許多應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大的潛力，但它們在與人體組織的親和性上存在問題。這些問題主要涉及到機械失配和化學(xué)差異，導(dǎo)致了一系列不良效應(yīng)，如皮膚刺激、組織損傷和信噪比問題。為了解決這些挑戰(zhàn)，研究人員轉(zhuǎn)向了軟生物電子學(xué)，這是一門跨學(xué)科領(lǐng)域，涵蓋了材料科學(xué)、機械工程、電子學(xué)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
軟生物電子學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)進展之一是柔性和可拉伸設(shè)備的設(shè)計。這些設(shè)備采用了不同的設(shè)計策略，如平面外屈曲、蛇形線、分形和微裂紋設(shè)計，以確保與人體組織的協(xié)調(diào)性。柔性和可拉伸設(shè)備的設(shè)計使它們能夠適應(yīng)人體的形狀和運動，減少了機械失配引起的問題。
此外，軟生物電子學(xué)還依賴于軟電子材料的使用，這些材料具有高度的柔韌性和可拉伸性。這些材料可以用于制造柔性電路、傳感器和電子元件，使這些設(shè)備能夠與人體組織有效地交互。此外，表面涂層和處理方法也起到了重要作用，以確保設(shè)備與生物體內(nèi)的化學(xué)環(huán)境相容。
軟生物電子學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，可穿戴和可植入的柔性電子設(shè)備已經(jīng)用于監(jiān)測患者的生理參數(shù)、提供藥物輸送和促進康復(fù)。在體育領(lǐng)域，這些設(shè)備可以用于監(jiān)測運動員的生理狀況，提供實時反饋和改進訓(xùn)練計劃。在軍事領(lǐng)域，軟生物電子學(xué)設(shè)備可以用于士兵的健康監(jiān)測和戰(zhàn)場情報收集。然而，軟生物電子學(xué)仍然存在一些局限性。例如，設(shè)備的穩(wěn)定性和壽命可能受到挑戰(zhàn)，特別是在潮濕和高溫環(huán)境中。此外，數(shù)據(jù)的隱私和安全問題也需要得到妥善處理，以保護用戶的個人信息。盡管存在這些挑戰(zhàn)，軟生物電子學(xué)仍然具有巨大的潛力，可以在臨床和醫(yī)療保健中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
軟生物電子學(xué)代表了現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)的一項重要成就，它在醫(yī)療保健、體育和軍事等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。通過柔性和可拉伸設(shè)備的設(shè)計、軟電子材料的應(yīng)用和表面處理方法的改進，軟生物電子學(xué)為我們帶來了更安全、更有效的生物電子設(shè)備，有望在未來幾年內(nèi)實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。
隨著人們對健康的追求，以及設(shè)備智能化、輕量化、便捷化發(fā)展，醫(yī)療級可穿戴設(shè)備市場也在不斷成長。Grand View Research的數(shù)據(jù)顯示，2021年全球可穿戴醫(yī)療設(shè)備市場規(guī)模達212.7億美元，同比增長27.66%。預(yù)計2026年全球可穿戴醫(yī)療設(shè)備市場規(guī)模將達727.5億美元，五年期間年復(fù)合增長率達27.88%。
根據(jù)應(yīng)用品類和功能特性，醫(yī)療級可穿戴設(shè)備分為兩種，一種是商業(yè)消費級設(shè)備，一種是專業(yè)醫(yī)療級設(shè)備。商業(yè)消費級設(shè)備指的是用于日常監(jiān)測，能夠?qū)ΡO(jiān)測數(shù)據(jù)進行智能化處理的，例如智能手環(huán)、智能手表、智能眼鏡、智能服飾、智能戒指，以及其他飾品等設(shè)備。
專業(yè)醫(yī)療級設(shè)備根據(jù)功能的不同，還分為監(jiān)測型可穿戴醫(yī)療設(shè)備、治療型可穿戴醫(yī)療設(shè)備。監(jiān)測型可穿戴醫(yī)療設(shè)備能夠連續(xù)或按時采集用戶血糖、心電、pH值等綜合數(shù)據(jù)，例如無創(chuàng)血糖監(jiān)測、心電監(jiān)測儀、胎心監(jiān)測儀等。治療型可穿戴醫(yī)療設(shè)備能夠?qū)θ梭w采集的數(shù)據(jù)進行分析診斷、預(yù)防、康復(fù)治療，產(chǎn)品有可穿戴式慣性傳感器、穿戴式自動體外除顫儀以及腦機接口相關(guān)治療系統(tǒng)等。
在商業(yè)消費級設(shè)備方面，智能手環(huán)、智能手表是被業(yè)內(nèi)人士關(guān)注最多的產(chǎn)品，也是成長最為明顯的市場。當下，心率、血氧飽和度、睡眠指標、體溫監(jiān)測已經(jīng)成為可穿戴設(shè)備的基礎(chǔ)功能，血壓、血糖測量等還需要在技術(shù)方面有進一步的突破。
在監(jiān)測型可穿戴醫(yī)療設(shè)備方面，目前業(yè)內(nèi)已經(jīng)推出可以植入腹部或上臂的微型傳感器，能自動記錄一次葡萄糖值，經(jīng)過內(nèi)置芯片搭載的算法對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行實時分析，用戶可通過智能手機上的APP進行查看。毫無疑問，云端化已經(jīng)成為可穿戴設(shè)備的發(fā)展趨勢之一。
在治療型可穿戴醫(yī)療設(shè)備方面，腦機接口技術(shù)的成熟為醫(yī)療康復(fù)帶來新的可能性。當然，腦機接口技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也不只是醫(yī)療康復(fù)，當技術(shù)進一步成熟后，軍事、游戲、教育、智能通訊、智慧養(yǎng)老、元宇宙等領(lǐng)域都有發(fā)展?jié)摿Α?/p>
不過，可穿戴醫(yī)療設(shè)備也存在部分挑戰(zhàn)，特別是消費級產(chǎn)品在向醫(yī)療級產(chǎn)品過渡階段。
一是由于大多數(shù)智能手表尚未拿到血糖監(jiān)測更多的醫(yī)療級證，在數(shù)據(jù)的權(quán)威性上，商業(yè)消費級設(shè)備比不上專業(yè)醫(yī)療級設(shè)備因此測量數(shù)據(jù)和結(jié)果不作為診療依據(jù)。二是檢測數(shù)據(jù)還不夠精確，傳感器、算法等技術(shù)有待迭代。三是醫(yī)院、專業(yè)醫(yī)生參與研發(fā)程度低，設(shè)備缺少準確的醫(yī)學(xué)性。四是個人信息安全問題。
可穿戴醫(yī)療設(shè)備在一定程度上開拓出新的醫(yī)療手段，降低了醫(yī)療成本，也釋放了傳統(tǒng)醫(yī)療資源。從發(fā)展趨勢來看，未來將朝著個性化、云端化、無感化以及可植入化的方向發(fā)展。
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