用于健康监测的植入式柔性传感器

柔性传感器在人机交互、医疗监测等方面引起了越来越广泛的关注。与体外监测相比，体内监测能提供更准确、更可靠的生命体征信息，为病人提供更精确、更全面的护理。植入式柔性传感器（IFSs）具有信号读取能力强、质量轻、柔性好、与人体组织相适应等独特优势，在健康监测领域具有广阔的应用前景。随着个性化健康管理意识的增强和对持续监测人体健康信息的需求，植入式柔性传感器在临床治疗的生物医学设备的应用中正获得前所未有的关注。

近日，南京邮电大学赵强教授团队在Advanced Healthcare Materials杂志上发表了题为“Implantable Flexible Sensors for Health Monitoring”的综述。该综述概述了植入式柔性传感器在生命体征监测中的应用，强调了其在体内应用的基本条件，主要包括传感器的可拉伸性和无线自供电特性，并特别关注了可保持优异生物安全性（即生物相容性、生物可降解性和生物可吸收性）的传感材料。此外，该综述还系统地总结了植入式柔性传感器在脑部监测、眼部监测和血液监测方面的应用。最后，作者总结并展望了植入式柔性传感器在临床上的应用。

随着医疗检测需求的不断增加，在实际应用中对植入式柔性传感器的要求也越来越苛刻。例如具有与组织兼容的机械可拉伸性，避免感染等损害的绝对生物安全性，能够在体内连续运行的自供电和无线传输，以及合适的尺寸以减少植入手术造成的创伤和减轻人体疼痛。

图1 植入式柔性传感器未来发展面临的挑战  

植入式柔性传感器的应用

人类大脑的压力、温度和神经刺激都是值得监测的物理和化学数据。这些数据有利于健康管理和疾病治疗，可以准确监测基本健康状况和早期诊断许多疾病。对于侵入性颅内监测，柔性化学和电生理传感器越来越普遍，因为与传统传感器相比，它们具有优异的灵活性和更好的适合组织，可以防止不必要的损害。

眼压升高是青光眼的最大危险因素，由于青光眼的进展缓慢且无症状，因此早期诊断和治疗非常重要，但也具有挑战性。柔性眼内压监测传感器可以帮助患者监测眼压，以确定青光眼的状态。侵入性和非侵入性柔性传感器是目前用于眼内压跟踪的两种主要类型。

图2 植入式柔性传感器在大脑与眼部监测领域的应用  

植入式柔性传感器血液监测的重点是监测体内各种生化成分（如葡萄糖、乳酸、多巴胺、谷氨酸等），以判断机体是否异常。多种血液生化成分的改变可能导致糖尿病、呼吸困难、神经系统疾病等。由于植入式柔性传感器能够实现持续的血液监测，从而快速诊断病变，减轻患者的痛苦，提高生活质量。

其它监测方面还包括耳蜗、胃腔监测、尿道导管压力监测、口腔检测等，在这些领域，植入式柔性传感器也有助于长期监测的实现。

图3 植入式柔性传感器在血液监测领域的应用  

近年来，植入式柔性传感器迅速发展，被用于身体的各个部位，并逐渐从独立的组成部分演变为高度集成的器件。然而，柔性电子是一种新兴、高度集成化的应用技术，从材料到器件再到应用仍处于早期发展阶段。首先，材料种类选择有限就是一个主要挑战，既要保证器件的监测性能，也要保证器件的可拉伸性与生物安全性。不仅如此，植入式器件的功能还必须解决长寿命的问题。如果成功解决上述问题，植入式柔性传感器有望实现持续的健康监测和及时的医疗诊断，增加疾病预防和治疗的希望。

审核编辑：刘清