柔性“治疗”可穿戴系统！可用于超声治疗，药物递送，慢病治疗的可拉伸与贴合身体的电子技术

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“超全“的可穿戴设备最新进展 - 从柔性超声到纳米传感器，从眼部到皮肤再到器官应用

柔性治疗可穿戴技术是一种结合了柔性电子学和医疗应用的创新技术，旨在为患者提供个性化、便携且高效的治疗。它的核心特征在于其柔性和贴合性，使设备能够与人体动态的曲面自然贴合，形成稳定的界面，从而提高治疗效果和佩戴舒适性。

主要特点

1. 柔性与拉伸性

使用柔软材料（如水凝胶、液态金属、导电聚合物）和特殊结构设计（如蛇形线路、岛桥结构），设备能够适应人体的动态形变，无论弯曲、拉伸或压缩，都能保持其功能性。

2. 贴合性与粘附性

通过仿生粘附材料（如贻贝胶、章鱼吸盘结构）或机械固定方式（如弹性绑带），设备能够牢固地固定在皮肤上，即使在运动或出汗情况下也能保持稳定。

3. 功能集成

柔性技术可将多种治疗方式（如光疗、热疗、电疗、超声治疗）和传感器功能（如体温、血糖监测）集成于一个设备中，实现诊断与治疗的闭环操作。

• 疼痛管理：通过热疗和电刺激缓解肌肉和关节疼痛。

• 伤口愈合：促进组织再生并减少感染风险。

• 慢性病管理：如糖尿病、心血管疾病，通过实时监测和药物递送进行精准治疗。

• 肿瘤治疗：结合超声和光动力疗法进行靶向治疗。

  
  

优势

• 非侵入性：相比传统手术或注射，这种技术通常不需要破坏皮肤或组织。

• 便携性与可穿戴性：患者可以在日常生活中使用，不影响活动。

• 个性化与智能化：根据患者的实时数据调节治疗方案。

  
  

柔性治疗可穿戴技术是医疗、电子和材料科学的交叉创新，未来将在远程医疗、居家护理和慢性病管理中发挥重要作用。

传统医疗系统高度依赖面对面的就诊，而远程诊断和治疗的发展相对滞后。尽管可穿戴传感器的进步已经使得实时生理指标监测成为可能，但在远程医疗中的治疗应用仍然有限。可拉伸和贴合身体的电子设备通过提供与生物组织适配的稳定界面，解决了这些问题。这类设备在长期个性化治疗中显示出巨大潜力，特别是在慢性病管理、诊断和治疗功能整合以及闭环医疗系统中具有重要价值。

用于可穿戴治疗的可拉伸与贴合身体的电子技术总结

设计与材料的进展

1. 拉伸性
可拉伸电子设备通过模仿生物组织的机械特性，实现了在不影响功能的情况下的灵活性。关键策略包括：

• 通过结构设计（如蛇形、切割工艺、微裂纹图案）分散应力；

• 岛桥设计，将刚性部件集成到弹性基材上；

• 使用如镓基液态金属、水凝胶和导电聚合物等柔性材料。

  
  

2. 贴合性
设备需要与人体复杂的动态表面紧密贴合。低模量材料（如柔性弹性体和水凝胶）确保了与皮肤表面的无缝接触，减少了气隙并提高了可靠性。通过生物粘合剂或仿章鱼吸盘的物理机制进一步增强了组织粘附性。

(A) 光学图像和伪彩扫描电子显微镜（SEM）图像显示了皮肤上的蛇形导线，具有出色的变形能力。(B) 一个典型的功能电路采用岛桥设计，通过蛇形导线互连，能够在x轴和y轴方向上伸展。(C) 一个本质上可拉伸的电子传感贴片的示意架构（左）和光学图像（右），完全由柔性材料构成，可承受高达400%的超高拉伸应变。(D) 灵活且可拉伸的PEDOT:PSS水凝胶以复杂图案构成。(E) SEM图像显示了不同厚度（以蓝色表示）的硅胶膜层压在皮肤复制模型上。(F) 混合水凝胶电极由于与组织的亲和性而牢固附着在皮肤上。

治疗应用

可穿戴治疗设备根据应用模式主要分为以下几类：

1. 物理治疗

• 光疗：如光生物调控（PBM）和光动力治疗（PDT），利用可穿戴LED进行治疗，如新生儿黄疸和伤口愈合。柔性OLED和光电贴片提供便携和靶向治疗的新途径。

• 热疗：可穿戴加热器用于疼痛管理和肿瘤热疗，并与化疗联用增强疗效。例如，通过可拉伸加热贴释放抗癌药物。

• 电疗：电刺激可促进肌肉恢复、加速伤口愈合及抑制细菌生长。最新技术包括摩擦电纳米发电机和丝网印刷电极阵列，提供了持续刺激和个性化应用的可能。

• 超声波治疗：可穿戴超声设备通过低功率、长时间治疗缓解疼痛、促进伤口愈合。创新设计将聚焦超声用于肿瘤治疗和慢性伤口修复。

(A) 基于纺织材料的可穿戴蓝色有机LED（OLED）用于新生儿黄疸光疗的概念。(B) 柔性并行堆叠OLED可穿戴贴片用于浅表肿瘤的光动力治疗（PDT）。(C) 光波长对皮肤穿透深度的影响。(D) 左图：示意图显示可拉伸电子贴片附着在术后肿瘤部位，用于通过智能手机的远程指令实现热疗与化疗的联合治疗；右图：显示未治疗（对照组）、游离盐酸多柔比星（DOX）、可穿戴电热治疗（ETT）和可穿戴联合治疗的复发肿瘤生长曲线。

2. 药物递送

• 主动药物释放：设备通过电、热或超声等刺激方式，精确控制药物释放。例如，智能伤口敷料集成了传感器和执行器，实现反馈调节的药物释放。

• 经皮药物递送（TDD）：利用超声、电穿孔和离子电渗等物理方法，突破皮肤屏障层，提高药物吸收效率。微针贴片结合其他递送模式，可实现深层组织靶向。

(A) 光学图像展示了聚多巴胺-聚丙烯酰胺水凝胶作为皮肤上的柔性组织粘附剂的应用。(B) 生物粘附界面通过形成化学键牢固地附着在组织上。(C) 石墨烯涂层织物样本通过类似章鱼结构的微观形态黏附于人体皮肤。(D) 三维液体二极管的横截面示意图，展示了汗液从皮肤-设备界面向外单向传输的过程。(E) 三维液体二极管表现出卓越的汗液透过性能。(F) 不同贴片在前臂佩戴3天后的皮肤状况，包括商用心电图电极（1）、聚二甲基硅氧烷（2）、垂直液体二极管（3）和三维液体二极管（4）。

可穿戴设备的理想特性

1. 生物相容性
设备材料必须对皮肤无害，适合长时间接触，甚至可直接用于伤口。使用天然材料或安全的合成材料，同时需要通过细胞毒性评估确保安全性。

2. 皮肤粘附性
通过机械压缩（如臂套）或先进粘附剂（如仿贻贝水凝胶）固定设备，确保稳定性。章鱼吸盘式微结构设计实现了干湿环境下的强粘附性。

3. 湿度管理
可穿戴设备需有效处理汗液，保持皮肤与设备界面的干燥。最新开发的三维液体二极管实现了汗液的单向传输，改善了佩戴舒适性。

(A) 示意图展示了用于直接肌肉刺激的摩擦电纳米发电机。(B) 用于前臂持续电刺激的丝网印刷电极阵列。(C) 示意图显示通过无线供电的隐形眼镜设备进行电疗，加速角膜伤口愈合。(D) 示意图描述了空气自充电锌电池的能量存储机制。(E) 可灵活适应弯曲身体轮廓的柔性超声贴片。(F) 示意图展示了一个变形贴片将超声能量引导至病变部位的过程。

挑战与未来方向

1. 规模化生产
可拉伸电子设备的大规模生产需要制造技术的进一步突破，例如高密度晶体管阵列和三维复杂电路的开发。

2. 跨学科合作
材料科学、电子技术和医学领域的协同合作是推动这些技术发展的关键。未来需在智能化、多功能化的治疗设备上继续探索。

3. 慢性病管理应用
可拉伸电子设备特别适合糖尿病等慢性病的实时监测和治疗调整。例如，基于生物液传感器的反馈驱动系统展示了个性化医疗的未来方向。

(A) 示意图展示了超声贴片在皮肤上的空化效应，通过在角质层（SC）中生成通道来促进药物渗透。(B) 荧光横截面图显示了通过被动扩散和离子电渗输送硫罗丹明B在猪皮中的分布情况。(C) 示意图展示了利用电穿孔通过隐形眼镜设备进行siRNA递送的过程。(D) 左图：示意图展示了通过温度调控微针释放药物的过程，TC表示相变涂层的临界转变温度；右图：不同温度下微针的累积释放量。(E) 左图：离子电渗驱动的微针贴片工作机制，由摩擦电纳米发电机提供动力；右图：局部纳米颗粒（NPs）、微针（MN）贴片以及结合柔性摩擦电纳米发电机的微针贴片（F-MN）在肿瘤部位的药物渗透深度对比。

总结

可拉伸和贴合身体的电子设备是可穿戴治疗领域的变革性技术，填补了远程医疗的空白，为创新的治疗方案提供了可能。通过整合生物相容材料、先进设计和治疗功能，这些设备有望彻底改变慢性病管理和日常医疗。 

参考文献

Huang, Benzhao, Qian Wang, Wei Li, and Desheng Kong. "Stretchable and body conformable electronics for emerging wearable therapies." Interdisciplinary Medicine (2024): e20240064.

"怀长期主义，聊医工科技"

我是超哥，超声行业17年老伙计，做过研发，搞过生产，趟过市场，开过（在开）公司；越野跑爱好者；工作狂；沟通粗暴直接；严苛完美主义者；起伏皆为过往；信奉长期主义和第一性原则；欢迎来聊来组局...

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