柔性可穿戴醫療傳感器，可以幫助醫生輕松、無痛地收集患者數據，從而實現更精準的診斷和有效治療。

　　過去10年來，曾經只有醫院和專業醫療人員才能使用的醫療器械，在消費類醫療保健市場急劇增長，例如脈搏血氧儀、紅外溫度計、自動心率監測儀，甚至自動體外除顫器（AED）等主動干預設備。這些裝置大大解放了患者，可幫助醫生對患者進行遠程診療，從而無需專門跑去診所或醫院。

　　為了滿足日益增長的門診監測和家庭診斷需求，研究人員一直在改進柔性混合電子元件（FHE）和數據驅動技術，并將這些技術融入可穿戴設備。他們還在開發彈性接口來連接病人和設備，以改善數據收集并提高數據的準確性。

　　四個等待組裝的無線EKG心電圖傳感器（圖片源自GE Global Research）

　　什么是柔性混合電子元件（FHE）？

　　柔性混合電子元件（FHE）結構示意圖

　　FHE通過將獨特的新印刷工藝和新材料相結合，為日常生活中的產品提供硅集成電路的強大功能。其結果是：輕量化、低成本、柔性、舒適、可拉伸和高效的智能產品，在消費類、商業和軍事應用中具有無線前景。

　　更頻繁地定期收集患者數據，比如過去可能一年或半年才會做一次回訪收集患者數據，可以為患者創建一個“個人基線”。例如，一個病人的心率或血壓，與混合了許多因素的全球平均值相比，并沒有與病人今天早上、昨天、上個星期或上個月的數據相比那么重要。后者的數據比較，通常可以表明病人是否需要就醫或者采取其它干預手段。

　　不客氣地說，現在我們的汽車都會定期保養，汽車檢測診斷的歷史數據，甚至做的比我們人要好。根據內科醫生協會的一項研究，如今，美國的醫生問診時間平均長度不到20分鐘，而在英國，這一數字甚至要少于8分鐘。

　　在這種情況下，醫生可能只能引用相隔3到18個月的數據信息，然后根據他們看到的其他病例，對病患個人病史的模糊記憶，以及醫療帳戶檔案，結合他們的訓練和直覺，給出診斷結論和治療建議。這顯然不是一個科學的過程。因此，改善的個人基線數據，是提高未來診斷準確性的好方法。

　　美國柔性混合電子制造創新中心NextFlex

　　據麥姆斯咨詢介紹，NextFlex是一支美國制造業研究網絡的領導力量。NextFlex是由美國國防部（DoD）和FlexTech聯盟合作組成，是由企業、學術機構、非營利組織以及美國州、地方和聯邦政府組成的聯盟，其共同目標是進一步推進美國FHE的制造。自2015年成立以來，NextFlex由思想領袖、教育工作者、問題解決者和制造商精英團隊齊聚一堂，共同推動創新，加速美國FHE生態系統的形成，通過投資超薄型設備加工、傳感器集成打印和封裝、系統設計工具以及可靠性測試和建模，來促進FHE技術商業化。

　　NextFlex專注的其中一個重點領域是可穿戴醫療傳感器和診斷設備。該組織的第一批項目涉及個人傳感器系統的開發工作，包括氧傳感和類皮膚醫藥繃帶（由普渡大學、Integra LifeSciences和西密歇根大學領導）；電刺激傳感器和愈合器械（由加州大學伯克利分校和捷普集團領導）；無線EKG設備（由GE Global Research和賓厄姆頓大學領導）；口服生物標志物傳感器（由PARC和UCSD領導）。這些傳感器都在其設計中融入了FHE，通過對人體的持續監控提供了改善的病患數據采集。

　　如今，電子元件的組裝可以在100?C以下進行，因此新開發的傳感器可以包含那些必須保持在相對較低溫度下的組件。這意味著在新型傳感器中可以使用生物材料，例如噬菌體和某些蛋白質，這為打造一類全新的傳感器打開了大門。

　　具有可拉伸基板的柔性電路，可與患者皮膚緊密貼合，改善了數據采集和傳輸的準確性。在許多情況下，適應不同患者的能力，也改善了應用傳感器的過程，這也會提高診斷準確性。

　　上圖展示了薄膜傳感器厚度如何影響其與皮膚表面的貼合適應性，最薄的薄膜貼合度最好（圖片源自UT Austin）

　　除了改善的適應能力之外，傳感器可以做得更小、更薄，因此它們可以做得不那么突出和笨重，變得更加舒適，從而在所需要的位置佩戴更久。患者也更有意愿去佩戴這類舒適的傳感器，建立來自患者的連續數據流。

　　總體來看，它們整合了一系列可穿戴傳感器的數據，這些數據之間的相互關聯可以產生真正的突破。例如，一位醫學研究人員表明，通過心率和體溫的聯合觀察，可以比觀測其中任何一種數據讀出，更準確地預測某類病毒的暴露。

　　目前，很多公司正在開發多傳感器可穿戴設備。例如，有一家公司的多傳感器設備可以測量患者汗液的化學成分。

　　汗液傳感器的構建（圖片源自Epicore Biosystems）

　　另一家公司在開發一種具有中距離無線射頻傳輸的低功耗多傳感器貼花，可監控并記錄任何傳感器發送給它的反饋信息。

　　第三家公司則在組合幾種臨床級醫療傳感器，以消除醫院病人身上的各種電線和導線，以方便在舒適的家中監控患者。在一家醫院，有近300家醫療護理供應商分別通過控制中心監控三名或更多的患者。

　　該計劃非常成功，該醫院已與其他三家連鎖醫院簽訂了合同，以提供同樣的醫療監控能力。該醫院還了解到，患者可以在家中修養，并在整個康復過程中得到良好的監控。更好的結果是，他們還發現通過這種方式患者恢復得更快，成本也降低了。

　　在醫療保健傳感器領域，柔性混合電子元件可提供許多優點和益處。像我們這樣的組織，不僅在開發柔性傳感器，而且利用基礎研究證明了這些設備是可以實現的，并能通過規模制造降低成本，使這些傳感器能夠在全球普及。

　　NextFlex發起新一輪1000萬美元資金，用于柔性混合電子元件在航空、數字健康以及國家安全領域的創新。獲資助項目將包括柔性混合電子器件工藝、電子紡織、3D電子設計和電源集成等方面的創新。

　　NextFlex近日發布了新一輪項目征集Project Call 4.0（PC 4.0），旨在尋求進一步開發和應用FHE的項目，為它們提供資金支持。前三次項目征集計劃的反響令人震驚，共收到178份初始提案，投資額超過5900萬美元。PC 4.0的總項目資金預計將超過1000萬美元。

　　PC 4.0的需求范圍非常廣泛，代表了NextFlex在廣泛的應用領域（從數字健康到商業航空到國家安全需求）所確定的技術和能力空白。這些領域涵蓋了可穿戴設備封裝技術、高性能和高層數FHE、3D電子設計、電子紡織領域的挑戰性解決方案、生化監控平臺以及無人機輕型電子設備等。

　　“NextFlex的項目征集計劃已經證明是非常成功的，”NextFlex執行董事Malcolm J. Thompson博士說，“我們不斷解決聯盟成員單位提出的FHE制造挑戰，憑借前三次Project Call計劃正在進行中的31個項目，我們預計這將引起FHE領域更多的興趣和關注。Project Call 4.0中的研究主題，將建立在已成功開發的基礎之上，并將學習利用我們之前的項目成果。”

　　為了驗證這些制造能力，項目提案將專注于以下方向：

　　- 無人機輕型柔性電子平臺

　　- 用于結構健康監測的大面積傳感器系統

　　- 用于監測流體生物標記物的微創可穿戴柔性裝置