隨著生活水平的提高，人們越來越關注健康問題。實時監測人體的生物信號可以有效地診斷早期疾病，并為后續治療提供強有力的數據支持。傳統的健康監測系統通常需要大型精密儀器，并且只能針對住院患者的短期監測。商用可穿戴電子設備的出現正逐漸改變這種局面，推動健康監測系統向可用于家庭診斷和治療的便攜化和智能化方向發展。然而，商用的剛性可穿戴電子設備無法很好地適應生物界面，降低了診斷效率和準確性，離子滲透性和金屬毒性也導致其生物相容性低，產生過敏反應和炎癥。因此，受人類皮膚的啟發，柔軟、可拉伸并且高生物相容的電子皮膚隨著柔性材料和加工技術的創新應運而生。

近日，上海交通大學材料科學與工程學院的陳玉潔副研究員、范群福助理研究員及博士研究生楊茜晨等人在Advanced Materials期刊上發表題為“Electronic skin for health monitoring systems: Properties, functions and applications”的綜述文章。該文章總結了電子皮膚健康監測系統在所需特性、功能以及集成系統的應用方面的研究進展（圖1），討論了該領域目前面臨的挑戰和未來的發展方向。

人類皮膚有幾個獨特的特性，因此，電子皮膚作為一種模仿其功能和特性的柔性電子設備，也應該具有這些基本特性，如可拉伸性（圖2）、自愈合性（圖3）、生物相容性、生物可降解性和傳感性能（圖4、圖5）。可拉伸性作為柔性設備最基本的特性，主要有兩種策略去提高：本質可拉伸的軟材料和剛性材料的幾何結構設計；電子皮膚的自愈合性能可以確保其在受到輕微機械損傷后自行恢復機械性能及電學性能，一般通過動態高分子中的相互作用和可逆鍵來實現；生物相容性和可降解性在醫學領域非常重要，使用水凝膠和天然材料是常見的有效策略；傳感器是電子皮膚的關鍵部件，合適的電極材料和結構框架是提高電子皮膚傳感性能的關鍵，多種參數被用于評估傳感性能，如靈敏度，檢測極限，響應和恢復時間，線性和動態耐久性等。

電子皮膚的實際工作環境更加復雜，這就要求其具有更多的特性，如自供電性能（圖6）、實時監測性能（圖7）、超薄和透氣性（圖8）、防水性和黏附性。電子皮膚可以利用摩擦電和壓電效應將機械能轉化為電能，實現自供電，擺脫傳統剛性電源對便攜性、柔性和可持續性的限制；實現實時監測，需要對傳感器采集到的信號進行及時處理和可視化，主要有兩種可視化方法：直觀地顯示顏色變化和通過無線通信技術在屏幕上顯示；超薄可以提高電子皮膚佩戴的舒適度，而透氣性一般通過使用多孔材料實現，結合防水涂層或粗糙表面，可以同時實現防水性；實現黏附性的方法主要有兩種：一種是調節材料的組成，包括調整聚合物單體和交聯劑的比例以及加入具有粘合性的輔助材料，另一種是調節電子皮膚的表面結構。

多種生理參數可以用來指示人體的健康狀態，一般分為物理信號和化學信號。在診斷疾病時，應區分不同信號并避免其相互影響。電子皮膚健康監測系統對物理信號的監測主要包括運動信號（圖9）、脈沖信號、溫度信號（圖10）和生物電信號（圖11）。對人體物理信號的監測只能從一個角度反映人的健康狀況，因此，綜合評價還必須考慮生化信號，包括血液、汗液和唾液的監測（圖12）。

集成電子皮膚可以通過持續監測個人健康狀況并提供相應的警告和治療來提供個性化的醫療保健。一般要求集成器件能夠實現多傳感器協同工作以及多數據對比分析，保證對佩戴者健康狀況的全面監測。此外，還需要與外部信息處理系統連接，實現更完整、可靠的信息輸出。文章作者介紹了應用于嬰幼兒和老年人護理、傷口監測和動態給藥的集成電子皮膚健康監測系統的最新進展（圖13）。

盡管近年來對電子皮膚的研究已經取得了巨大的進展，但仍無法滿足商業化的大規模應用，多功能、集成和耐用的電子皮膚健康監測系統仍然很少。

總之，電子皮膚健康監測系統在現代醫學和個性化治療領域具有巨大的應用前景。隨著材料科學和制造技術的發展，電子皮膚健康監測系統將取得更大進展，并為各種疾病的治療做出重要貢獻。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adma.202402542

審核編輯：劉清