靈活且貼合佩戴者的醫(yī)療保健監(jiān)測設(shè)備的越來越受到歡迎。在COVID-19大流行期間對遠(yuǎn)程護(hù)理的需求以及傳感器精度技術(shù)進(jìn)步的推動下，可穿戴健康監(jiān)測設(shè)備在許多醫(yī)療保健領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。特別是，用于遠(yuǎn)程醫(yī)療操作的可穿戴傳感和監(jiān)測設(shè)備的開發(fā)日益增多。遠(yuǎn)程醫(yī)療在過去幾年中發(fā)展迅速，在COVID-19大流行期間更是如此，當(dāng)時醫(yī)生與患者之間的聯(lián)系非常有限，遠(yuǎn)程醫(yī)療可以遠(yuǎn)程監(jiān)控家中的病人，從而騰出急需的床位。雖然可穿戴技術(shù)可用于臨床環(huán)境下的分析，但其潛力主要是遠(yuǎn)程健康監(jiān)測。

這些可穿戴傳感設(shè)備通常使用柔性材料，如聚合物、薄膜、二維材料和其他納米材料。健康監(jiān)測設(shè)備通常由與穿戴者身體貼合的柔性材料制成，并集成了電子元件，包括傳感器、電源（電池、太陽能電池或納米發(fā)電機等能量收集器）、通信技術(shù)（向中央處理系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)）以及任何相關(guān)電路。

要在可穿戴技術(shù)中使用小巧靈活的電子元件并非易事，這也是為什么不同的納米材料（尤其是二維材料）經(jīng)常被用來制造元件的原因，因為它們既符合要求，又易于集成。但另一種方法也引起了人們的興趣：將傳感器（監(jiān)控系統(tǒng)極關(guān)鍵的部分）直接打印到可穿戴設(shè)備上。

這些印刷傳感器有時由二維材料和其他納米材料制成，但也可以使用其他材料。將傳感器打印到可穿戴健康監(jiān)測設(shè)備上，可以為更多可穿戴監(jiān)測設(shè)備的商業(yè)化鋪平一條更簡單、更容易的道路，尤其是在使用傳統(tǒng)、廉價或易于使用的打印技術(shù)來打印傳感器的情況下。

為什么選擇印刷傳感器？

盡管有多種先進(jìn)的沉積和納米沉積方法可以在可穿戴設(shè)備基底上制造薄膜傳感器（通常使用柔性和保形性良好的軟聚合物），很多生物醫(yī)學(xué)傳感器也可以使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)進(jìn)行制造。雖然噴墨和轉(zhuǎn)印等其他技術(shù)也可用于印刷傳感器，但絲網(wǎng)印刷被認(rèn)為是理想的選擇。

絲網(wǎng)印刷設(shè)備應(yīng)用廣泛，成本相對較低，而且比先進(jìn)的沉積方法更容易使用，因此它為在醫(yī)療保健監(jiān)測設(shè)備中使用印刷傳感器提供了更具擴展性和商業(yè)可行性的途徑。絲網(wǎng)印刷還可采用聚合物溶液以及導(dǎo)電納米材料油墨等多種材料，因此是一個多功能平臺，可印刷多種傳感器。

那么，為什么選擇印刷傳感器，而不是通過其他途徑來制造呢？絲網(wǎng)印刷是一種簡單、快速且高效的技術(shù)，能夠一次性印刷出大量相同的圖案。

從規(guī)模化生產(chǎn)和商業(yè)化潛力方面來看，絲網(wǎng)印刷可以輕松適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)，且與其他方法相比成本更低。

從性能角度來看，絲網(wǎng)印刷不僅能夠提供高分辨率圖案，還適用于大面積印刷。與傳統(tǒng)制造方法相比，絲網(wǎng)印刷可以按需在指定位置沉積材料，減少浪費，因為所有步驟只需一步即可完成，所以在大規(guī)模生產(chǎn)時尤為明顯。

因此，使用印刷方法會為制造帶來很多好處。除此之外，因為印刷方法不僅可以生產(chǎn)非常薄的傳感器，還能在設(shè)備表面進(jìn)行印刷，為可穿戴健康設(shè)備賦予了更強的設(shè)計能力。這種方法比將設(shè)備集成到可穿戴設(shè)備的材料基材中要簡單得多。由于可以按需打印，您還可以創(chuàng)建更個性化的傳感器，并且可以更改打印過程，以制造出不同的傳感器，這比典型的制造生產(chǎn)線要容易得多。

與絲網(wǎng)印刷兼容的材料有很多。根據(jù)所創(chuàng)建傳感器的類型，有多種材料可供選擇。一方面，金屬都可以制成可印刷的導(dǎo)電油墨，用于制造傳感器。可穿戴健康傳感器常用的金屬包括金、銅、鉑、鎳、鋁和銀。除金屬外，多種納米復(fù)合材料（石墨烯、碳納米管復(fù)合材料）、功能性納米材料油墨和銀復(fù)合材料都被用作印刷可穿戴健康傳感器的活性傳感層。

傳感器還需要一個可印刷的平臺。這種平臺通常采用導(dǎo)電聚合物，以便傳感器更好地與皮膚和其他組件相互作用，從而提供更高的靈敏度和可靠性。PEDOT:PSS是廣泛用于印刷傳感器的聚合物平臺，其他聚合物材料還有聚乙炔、聚吡咯、聚苯、聚對苯二甲乙烯和聚噻吩聚苯胺。

醫(yī)療保健監(jiān)控應(yīng)用中備受關(guān)注的印刷傳感器

正如許多材料可用于制造印刷傳感器一樣，也有很多印刷傳感器也可用于健康監(jiān)測設(shè)備。以應(yīng)變傳感器為例，此可穿戴傳感器可測量運動形式，用于人體生理信號和人體關(guān)節(jié)運動監(jiān)測。

另一種醫(yī)療保健專用傳感器可測量不同的生物分子和人體信號。非應(yīng)變傳感器可直接檢測目標(biāo)生物分子，或通過直接測量患者表現(xiàn)出的生理參數(shù)來檢測目標(biāo)生物分子。從分子傳感的角度來看，可以檢測到血液中的許多生物分子，包括葡萄糖水平以及人體皮膚上的汗液等常見的生物分子。從信號檢測的角度來看，印刷傳感器現(xiàn)在可以檢測患者的呼吸和心跳水平，并提供遠(yuǎn)程心電圖（ECG）監(jiān)測。

傳感器陣列也是一種可穿戴設(shè)備用印刷傳感器。在傳感器陣列中，會同時借助多個傳感器一起檢測更復(fù)雜或需要從多個刺激角度進(jìn)行分析的問題。傳感器陣列有助于監(jiān)測行走步態(tài)、輪椅使用者的坐姿以及皮膚。

此外，可穿戴健康設(shè)備用溫度印刷傳感器的開發(fā)也取得了進(jìn)展。熱感應(yīng)是疾病檢測的關(guān)鍵領(lǐng)域，因為當(dāng)人體出現(xiàn)疾病時，身體會承受熱應(yīng)力，皮溫和體溫的升高可能是嚴(yán)重疾病的主要警示信號。借助溫度印刷傳感器，可穿戴健康設(shè)備可以檢測一系列慢性疾病，如心血管疾病、糖尿病、肺病以及癌癥。

結(jié)語

健康監(jiān)測可穿戴設(shè)備作為一種遠(yuǎn)程測量患者多項健康指標(biāo)的有效方式，正在被越來越多的人接受。這些可穿戴設(shè)備中非常重要的部分是對患者進(jìn)行分析的傳感系統(tǒng)。為了讓患者愿意長時間佩戴健康監(jiān)測設(shè)備，傳感器和其他可穿戴組件都需要可以彎曲。雖然可以集成柔性傳感器（例如，通過使用薄納米材料），但在設(shè)備表面打印傳感器要容易得多，所需材料更少，可擴展性也更好。

市面上已經(jīng)出現(xiàn)了各種印刷可穿戴健康設(shè)備（商業(yè)和學(xué)術(shù)領(lǐng)域）。文中所討論的印刷方法有助于可穿戴健康設(shè)備的廣泛普及。雖然有許多選擇，但絲網(wǎng)印刷是當(dāng)前主要的印刷技術(shù)，因為它用途廣泛，可與多種材料配合使用，以創(chuàng)建監(jiān)測從心率到疾病風(fēng)險檢測、血液中不同生物分子等不同健康狀況的傳感器。