现有技术缺点

1. 设备不灵活：传统婴儿监测系统依赖刚性设备，连接线多且笨重，限制了日常护理操作如喂养和换尿布，还可能阻碍亲子接触。

2. 医源性损伤风险：传统监测设备可能造成婴儿皮肤损伤，甚至引发严重并发症如败血症、血栓等。

3. 监测不全面：现有系统多以疾病为中心，监测内容单一，缺乏多模态的生理数据采集，可能无法提供全面的健康信息。

文章亮点

1. 柔性电子技术：柔性电子设备可贴附在婴儿皮肤上，具备无线传输、生物电、生物物理和生物化学信号多模态监测能力，减少对婴儿皮肤的伤害，并提升舒适性。

2. 多模态监测：柔性电子系统支持多路传感，涵盖心电图（ECG）、血氧饱和度（SpO2）、呼吸率等多项生理信号，提供更全面的健康评估。

3. 人工智能集成：结合AI技术，系统能够实时处理数据，支持个性化、预测性和预防性医疗，提升监测精度与效率。

4. 无创、智能监测：柔性电子设备无需侵入式操作，具备连续、无创的监测功能，且具备良好的视觉透明度，方便临床诊断。

应用场景

1. 临床婴儿监护：为早产儿、新生儿等特殊群体提供连续、全面的生命体征监测，减少医院护理过程中的并发症。

2. 家庭护理：柔性电子设备可应用于家庭环境，实现全天候、便捷的婴儿健康监测，支持远程医疗及个性化护理方案。

3. 移动医疗：由于柔性设备的无线、便携特性，可用于多种移动医疗场景，为婴儿护理提供更多灵活选择。

总结

    该综述深入探讨了柔性电子技术在婴儿监护中的应用前景。柔性电子不仅能解决传统监测设备的诸多限制，还通过多模态传感和AI支持，为婴儿提供更加全面、智能的健康监测方案。未来的挑战在于如何将这些技术有效转化为临床级别的可行系统，推动其在婴儿护理中的广泛应用。

文章名称：Soft electronics for advanced infant monitoring

期刊：Materials Today

文章DOI：

    https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.03.005

通讯作者：西安交通大学方云生、徐峰和西安交通大学第一附属医院林婷

 婴儿监测的发展

图1 婴儿监测的发展。传统技术仅提供不充分、不准确、繁琐和侵入性的医疗服务，可能带来医源性损伤的风险。先进的发明实现了对多种生理信号的持续监测。

婴儿的生理和病理特征

    与成人相比，婴儿系统和附属器官或组织的发育不完整，导致在婴儿监测方面存在显著差异，如图2所示。

图2 婴儿的解剖特征。婴儿的器官和系统仍处于生长和发育阶段，相应的生理特征和身体功能与成人有很大不同。

图3 婴儿相关疾病与身体系统或器官功能异常相对应。婴儿的身体系统或器官在解剖和生理上尚未完全健全，这很容易导致一些疾病的发生。此外，婴儿患先天遗传疾病的情况更为常见。因此，迫切需要在早期对婴儿进行额外和先进的生理监测，以稳定重要的生理信号并降低全球婴儿发病率。

婴儿生物电监测

    生物电信号是一种电诊断记录，通常与来自生物组织的离子电流和电输出有关，包括心电（ECG）、脑电（EEG）和肌电（EMG）。鉴于其在婴儿监护中的特殊性，本章节专门探讨柔性生物电监测的工作机理、电极设计及临床级诊断。

图4 婴儿生物电监测。 (a) 人体生物电产生机理。给感受器一定的刺激，其电位将发生变化。感觉神经元从感受器接收刺激以生成电信号，这些信号可以通过轴突传输到靶神经元或肌肉。在轴突的末端（突触前），细胞体或另一个神经元的树突（突触后）以及它们之间的间隙结合形成突触，到达轴突末端的动作电位可以激活它，并允许钙离子进入轴突末端，从而激活细胞机制，将充满神经递质的突触小泡递送到突触前膜。然后将神经递质分子释放到突触间隙中，以结合或激活突触后膜上相应的感受器。具体来说，(1) 在静息状态下，细胞膜两侧的外部正电位和内部负电位差处于动态平衡状态。(2) 少量Na+通道打开，允许少量Na+流入膜内。(3) 当膜电位增加到一定的临界值时，更多的Na+通道打开，允许更多的Na+流入膜内，导致电压峰值。(4) Na+通道关闭，K+通道打开，K+从细胞内流出，使细胞膜恢复到原来的状态。(b) 水平方向拉伸16%后监测的ECG EES图像。(c) 用于婴儿心电图监测的柔性EES。(d) 使用ECG EES数据和黄金标准确定的心率的比较。(e) 定制的柔性非侵入式连续视频和脑电图记录。(f) 在安静和活跃睡眠期间获得的脑电图记录示例（通道＃1，黑色）和呼吸轨迹（绿色）。

婴儿生物物理监测

    由于婴儿脆弱且难以表达疼痛和不适，需要持续监控他们的行为特征，以防止潜在的爬行伤害或不良姿势。开发了一种深度学习辅助的身体区域摩擦电水凝胶传感器网络和护工与移动终端之间的实时交互系统，用于全方位监测婴儿的动作。

图5 婴儿生物物理监测。 （a）用于儿科护理中脑血流动力学监测的柔性贴片。（b）与医用级别的NIRS设备进行头部仰卧比较的Bland-Altman分析。HUT：头部仰卧，CCHS：先天性中枢低通气综合征，NA：正常活动。（c）用于皮肤水合监测的无线柔性贴片。（d）在不同条件下测量组织水合水平。TEWL：经表皮失水，SCH：角质层水合。（e）摩擦电水凝胶传感器的示意图。（f）柔性可食用摩擦电水凝胶传感器的综合性能概况。（g）从向前倾斜的婴儿收集的多个信号。（h）六种不同运动的混淆图。（i）基于热转换粘合剂的皮肤界面柔性设备。（j）热转换粘合剂的结构。（k）使用三轴加速度计从参与各种活动的个体收集的的代表性机械-声学数据。

婴儿生化监测

    开发了一种无线、柔性奶嘴型电子传感器，用于婴儿唾液中葡萄糖的定量监测，并带有酶电化学监测模块（图6）。新生儿黄疸是新生儿最常见的临床问题，由于血液中胆红素水平过高而导致皮肤、粘膜和巩膜呈黄色色素沉着。为此，开发了一种柔性胆红素仪，该仪器采用软硅橡胶封装，能够无创且无线地从新生儿的前额测量胆红素、SpO2和心率水平（图6h）。

图6 婴儿生化监测。(a) 描述了监测婴儿唾液中葡萄糖的奶嘴传感器。(b) 基于三电极电化学系统的选择性葡萄糖监测示意图。(c) 使用奶嘴生物传感器对两个不同个体进行体内葡萄糖监测。(d) 商用奶嘴集成智能电解质监测系统。(e) 在一个小时内对钠和K+进行实时连续监测。(f) 钠钾比值用于心血管预后和诊断。(g) 柔性胆红素测量系统示意图。(h) 柔性胆红素测量系统的感知机理和接触。(i) 使用柔性设备和商用胆红素测量仪进行经皮胆红素的Bland-Altman分析。(j) 可穿戴设备和商用经皮胆红素测量仪的Bland-Altman图。

婴儿多体征监测

    同步监测多种生物电、生物物理和生化生物标志物可以提供更全面的婴儿健康状态信息。因此，引入了一种具有苦味、柔性、无线、皮肤集成的装置，用于监测多种生命体征（图7）。该装置集成了功能性模块，可以同时收集呼吸、心脏活动、温度和心电图信号。

图7 婴儿多体征监测系统。 (a) 用于婴儿的胸部和肢体生理的监测系统。(b) 通过皮肤界面生物传感器和胸部和肢体单元的标准临床测量收集的心率、血氧饱和度、温度和温度梯度数据。(c) 出于安全考虑，设计有反射反应以防止婴儿误食。通过皮肤界面无线监测平台获得的呼吸 (d)、心脏活动 (e)、温度 (f) 和心电图 (g) 数据。(h) 基于激光诱导石墨烯的多模态柔性系统示意图，用于易受伤害人群，包括柔性传感器、无线数据传输和智能手机警报界面。

婴儿监测结论和展望

图8 关于柔性电子技术在先进婴儿监护中的应用，从系统级设计到临床级过渡的结论和前景。从传感器设计、电源、数据处理和数字交互等方面全面考虑健康监测系统，对于提供预测性、预防性、参与性和个性化的婴儿护理正变得越来越重要。具体来说，柔性生物传感器需要从材料利用、传感机理和性能指标等方面更加智能化。同时，电源供应应该被仔细考虑，以开发新一代低功耗、一体化的能源系统。此外，收集的健康数据必须通过集成的硬件和软件单元高效准确地处理。最后，通过5G和物联网的帮助，开发一个闭环的交互式监测系统，实现随时随地以预防婴儿疾病、提供治疗和促进健康，对当前医疗领域具有重要意义。

Yuan, M., Long, Y. X., Liu. T., Liu, J. D., Qiu, S. Y., Lin, T.*, Xu, F.*, Fang, Y. S.*, Soft Electronics for Advanced Infant Monitoring. Materials Today, 2024, online.https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.03.005

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