用于新生儿和新生儿健康监测的具有皮肤界面的可穿戴生物传感器

在最近发表的一篇评论中 通讯材料研究人员回顾了新生儿可穿戴系统的最新改进，重点关注皮肤界面可穿戴设备，用于跨多个分支的生理监测。

学习： 用于婴儿和新生儿智能健康监测的皮肤界面可穿戴生物传感器。 图片来源：Gorodenkoff/Shutterstock.com

背景

对重症监护中的婴儿患者进行健康评估对于患者及其护理人员来说可能特别困难，因为测试环境需要多个导管、探针和电极，限制患者的活动。

健康评估通常需要昂贵且笨重的仪器来监测呼吸频率、心率、血氧饱和度、温度、离子浓度和血压等生理参数。

然而，在过去的几十年里，科学进步推动了可穿戴、非侵入性和软技术的发展，使现有的手术黯然失色。

关于审查

在本综述中，研究人员探索了可穿戴设备的物质基础，重点关注生物电、光学、温度、电化学和多信号传感等关键生理监测分支的概念和技术改进。

可穿戴传感器的材料开发

表皮电子系统 (EES) 是利用微机电系统 (MEMS) 技术创建的柔软、灵活的电子设备。 这些设备具有与表皮相同的材料品质，具有很高的灵活性。

聚酰亚胺和薄金属沉积等薄膜材料可用作导电层，从而形成具有亚纳米弯曲刚度和 140 kPa 有效模量的超薄柔性设备。

人们可以使用一层薄薄的粘性转移膜或湿绷带轻松地将 EES 涂抹到皮肤上。 第三相蛇纹石将动态运动与皮肤连接起来，信号质量高，与皮肤表面持续接触。

弹性体比硅晶圆技术便宜，是将软电子器件集成到 EES 中的理想基材。 弹性体封装可用于混合电子系统，因为它结合了灵活的 EES 传感器设备、刚性的有源和无源电子设备、无线通信和信息处理，以提供有利于实时监控的一体化设备。

由于其便利性和熟悉性，纺织品通常被用来整合生物信号传感设备。 技术包括编织导电纤维、在镀金或镀银的尼龙或聚氨酯上缝合，以及在纤维上印刷电子墨水。

这些组件可以轻松连接到服装上，包括连体衣、肩带和外套。 集成到衣服中的纺织电极最大限度地减少了导电凝胶和胶带的需求，但会降低信号质量。

导电纤维的电容性和电阻性应变响应可以评估呼吸频率和活动性等生理参数。

人们可以通过电缆连接或笨重的无线发射器传输数据，但天线可以编织到服装中并与 RFID 标签结合，以无电池和无线方式传输数据。

用于监测生理状况的可穿戴传感器

人体通过皮肤上的电极监测的化学过程产生动作电位。 这些生物电信号对于监测健康至关重要，例如用于心脏活动的心电图 (ECG)、用于激活肌肉的肌电图 (EMG)、用于大脑活动的脑电图 (EEG) 以及用于跟踪眼球运动的脑电图。

研究人员创建了一种一体化 EES 系统，用于模拟新生儿重症监护病房 (NICU) 中的生命体征监测，包括无线感应电力传输和与患者床垫下的主机读取器平台的数据交换。 该技术机械精密，需要导电凝胶。

脑电图是一种使用植入头部的电极测量脑电活动的诊断技术。 常见的模式包括单通道振幅积分脑电图 (aEEG) 和多通道连续脑电图 (cEEG)，其中 cEEG 是黄金标准。

已经有一些研究在物理上重新设计脑电图电极系统； 然而，大多数进步包括开发纺织帽或带以增强电极放置，同时仍然使用典型的湿电极。

医疗应用的光学传感使用分光光度原理来非侵入性地经皮检查生理过程。

研究人员开发了用于早产新生儿的前额反射 PPG、用于足部的灵活 PPG 传感器以及用于监测婴儿脑血流动力学的无线系统。

新生儿非侵入性薄膜生物标志物传感专注于汗液、唾液和尿液，可以取代标准抽血来检测化学或蛋白质生物标志物，用于健康预诊断、诊断和预后。

电化学传感检测传感电极上的电荷转移，使可穿戴设备能够记录电流、电导率和电压/电位变化。

研究人员创建了一个多信号系统，该系统使用双节心电图和 PPG 测量设备来确定脉搏到达时间、计算脉搏传导时间并测量心震图。

结论

根据审查结果，柔性电子产品和可穿戴健康监测技术通过检测生理指标而不是侵入性治疗来改善患者的治疗结果。

先进的信号处理可实现血压和体温成像等医疗应用。 电子产品尺寸的缩小带来了医疗保健的进步，特别是在新生儿应用中，小占地面积、精致的操作和简单的使用至关重要。

用于哮喘监测的可穿戴听诊器和用于癫痫发作监测的可穿戴干式脑电图是最新技术，简化了新生儿重症监护室的治疗选择。 自动监控系统可能特别有利于患病的学龄儿童，提高他们的独立性和自给自足能力。