基于有机场效应晶体管的可穿戴柔性监测设备在生物医学领域的研究现状.pdf

窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 2024基于有机场效应晶体管的可穿戴柔性监测设备在生物医学领域的研究现状郭恺1，唐翠芝1，孙博1，肖端强1，刘元标1，焦恩祥1，巩杰2，张海军1，3，4*（1.山东理工大学材料科学与工程学院，山东淄博255000；2.山东泰宝信息科技集团有限公司，山东淄博256407；3.同济大学医学院，上海200092；4.生物医用材料改性技术国家地方联合工程实验室，山东德州253000）摘要介绍了基于有机场效应晶体管（organic field effect transistor，OFET）技术的柔性半导体器件的工作原理和发展概况，综述了基于OFET的生物力学监测设备、文身生物监测设备、细胞检测设备等可穿戴柔性监测设备的研究现状，分析了基于OFET的可穿戴柔性监测设备存在的不足，指出了微型化、个性化、多元化等是未来基于OFET的可穿戴柔性监测设备的发展方向。关键词OFET；可穿戴柔性监测设备；生物医学；生物力学监测设备；文身生物监测设备；细胞检测设备中国图书资料分类号R318.6曰TH772文献标志码A文章编号1003-8868渊2024冤01-0093-08DOI院10.19745/j.1003-8868.2024016Status of wearable flexible monitoring devices based on organic fieldeffect transistors in biomedical fieldGUO Kai1,TANG Cui-zhi1,SUN Bo1,XIAO Duan-qiang1,LIU Yuan-biao1,JIAO En-xiang1,GONG Jie2,ZHANG Hai-jun1,3,4*(1.School of Materials Science and Engineering,Shandong University of Technology,Zibo 255000,Shandong Province,China;2.Shandong Taibao Information Science Technology Group Co.,Ltd.,Zibo 256407,Shandong Province,China;3.School of Medicine,Tongji University,Shanghai 200092,China;4.National-Local United Engineering Laboratory forBiomedical Material Modification Technology,Dezhou 253000,Shandong Province,China)AbstractThe working principle and development of flexible semiconductor devices based on organic field effect transistor(OFET)technology were introduced.The current research status of OFET-based wearable flexible monitoring devices werereviewed,including biomechanical monitoring devices,tattoo biomonitoring devices and cellular detection devices and etc.The deficiencies of OFET-based wearable flexible monitoring devices were analyzed,and its pointed out that miniaturization,personalization and diversification were the directions for the development of the future OFET-based wearable flexible moni-toring devices.悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造袁2024袁45渊1冤院93-100Key wordsorganic field effect transistor;wearable flexible monitoring device;biomedicine;biomechanical monitoringdevice;tattoo biomedical monitoring device;cellular detection device0引言可穿戴柔性监测设备是将可穿戴式医疗器械与人体皮肤甚至人体器官共集成，从而实现精确测量、计算人体生理参数的一类监测设备。该设备采用柔性电子技术，具有柔软贴身、形态可变、功能可重构、与皮肤共形贴合等特点。可穿戴柔性监测设备的发展有力地推动了现代医学的变革，解决了许多医学领域的关键问题。例如，首先，可穿戴柔性监测设备可以采用非侵入人体的健康监测方式，实时监测人体重要的生理参数，如心率、血压、血氧饱和度等，以便能够第一时间获取患者生理的关键指标，及时为医生提供诊断依据。其次，可穿戴柔性监测设备可以实时监测患者的体温和呼吸频率等指标，结合数据分析和人工基金项目院国家自然科学基金面上项目（82270535）作者简介院郭恺（1987），男，博士研究生，讲师，主要从事光电功能高分子、医用小分子的设计、合成与表征方面的研究工作，E-mail：。通信作者院张海军，E-mail：General Review综述郭恺，唐翠芝，孙博，等.基于有机场效应晶体管的可穿戴柔性监测设备在生物医学领域的研究现状J.医疗卫生装备，2024，45（1）：93-100.93 窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 2024智能算法实现病情预警，帮助医疗系统更好地应对和防控传染性疾病。再次，可穿戴柔性监测设备不但可以实时监测患者生理的多项指标，还可以将监测结果上传至远程监控系统，协助医生异地了解患者的身体状况和用药情况，根据实际情况调整治疗方案，最终提高药物的利用率及降低不良事件的发生率。在可穿戴柔性监测设备中，有机场效应晶体管（organic field effect transistor，OFET）是制备各种生物传感器的重要光电元器件1-6，也是传感器逻辑电路的关键组成部分。调节施加于OFET器件上电压的大小，可以有效地控制电流的放大程度以及电路的开关状态，有利于准确地获取测试结果。OFET兼具良好的柔性和生物相容性，因此传感器在置入患者体表或体内后较长的一段时间内依然可以保持稳定的性能，从而持续准确地检测人体内的化学成分。此外，OFET还可用于制造模拟电路和数字电路，并实现放大传感器信号、滤波和数字化处理等功能。因此，基于OFET的可穿戴柔性监测设备在生物力学检测设备、文身生物检测设备、细胞检测设备等用于生物医学领域的可穿戴柔性生物电子器件中均有广泛的用途。本文主要对基于OFET的可穿戴柔性监测设备的研究现状进行概述，并对其未来发展方向进行展望。1生物力学监测设备生物力学监测设备主要用来测量和记录生物体在运动中的力学数据，多应用于运动生物力学研究、损伤康复、发育检测等方面。这类柔性传感设备一般由柔性基底、互联元件和传感器3个部分组成，一般是将柔性传感器整合到柔性基底上，再将二者一起整合到人的贴身衣物上。因为传感器可以完美贴合在人体表面，所以可以准确地捕捉到人体的各种静态动作，且使用者穿戴这类设备时不适感较低。另外，该类设备能够根据待监测人体的外形、动作的姿势或其他参数（如手势、关节加速度等）发生一定的形变，保证测量人体各种动作数据的准确度。基于此，研究人员将对压力敏感的导电材料织入贴身衣物中，设计了多种传感服饰，如用于监测手部关节运动的跟踪手套7、用于监测膝盖等关节运动的可穿戴关节活动度测量仪8、用于健身或中风患者康复训练的肌肉运动能力监测系统9、用于分析步态的智能鞋10等。2019年，Lai等7设计制作了一种用于监测手腕运动的智能手套传感器。该智能手套传感器用莱卡材料制成，OFET传感器以嵌入的形式安装在手套手腕处的口袋里（如图1所示）。这种安装方式简单有效，可防止器件在插入/取出口袋时损坏，而且即便OFET传感器损坏也比较容易替换。该研究测试了手腕在不同弯曲度和弯曲时间下手套传感器输出电流的变化情况，所得数据可用于评估某些工作带来的职业健康问题，例如通过分析装配线工人手腕运动的监测数据，评估连续装配工作对工人手腕关节磨损的程度。在赛艇运动中，错误的动作容易导致运动员出现膝盖和髋关节伤病。2007年，Tesconi等8开发了一种可穿戴关节活动度测量仪（如图2所示），用于监测运动员的膝盖和髋关节在赛艇运动中发生的运动变量。该测量仪的核心部分由6个固定在运动紧身衣腿部位置的OFET传感器组成。当运动员做出动作时，紧身衣上发生的机械形变都可被相应部位的传感器接收，传感器中的OFET器件可将收到的机械信号转变为电信号，再传输给紧身衣上安装的信号接收器，信号接收器可将收集到的信号通过蓝牙传输到远程计算机上。这些数据可以帮助研究人员实时、准确地分析并纠正运动员在训练或比赛中做出的各种技术动作，从而有效地预防运动损伤。外力导致的OFET器件形变会引起电学性质的改变。基于二者的变换关系，2013年，Cosseddu等9以聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）为柔性基底、并五苯为半导体材料，设计并制备了基于柔性OFET的肌肉运动传感器（如图3所示）。该传感器可以将微小的机械信号准确地转化为电信号。将该肌肉运动传感器与运动控制装置联动，共同构成了肌肉运动能力监测设备。肌肉运动传感器准确地获取人体运动的信息后，将电信号传递给肌肉运动控制装置，该装置负责确定被测肌肉的运动能力信息，并结合数据库对人体特定或者单一肌肉组群或运动驱动软组织的动作进行控制。通过观测人的步态数据可以相应地获悉其自身的健康状况。2016年，Carbonaro等10开发了一款新型图1Lai等7设计的智能手套传感器图2Tesconi等8开发的可穿戴关节活动度测量仪General Review综述郭恺，唐翠芝，孙博，等.基于有机场效应晶体管的可穿戴柔性监测设备在生物医学领域的研究现状J.医疗卫生装备，2024，45（1）：93-100.94 窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 2024智能鞋。该智能鞋的右脚鞋跟中部（Fh处）和前足部（Ff处）都安装了基于OFET的柔性力学传感器，在鞋垫的下方、靠近鞋尖处安装了三轴加速度传感器等电子元件（xa、ya、za坐标轴处），如图4所示。穿戴者足底与地面之间的作用力可被鞋子的力学传感器准确监测到，然后由加速度传感器解析为足部动作和人体行走姿势的数字信号。这些数字信号可以通过Wi-Fi传输到平板计算机或者智能手机上，方便用户随时监控自己的步态，对应地监测自己的身体状况。综上所述，基于OFET的柔性可穿戴生物力学监测设备在生物医学工程、运动科学、康复医学等多个领域中都发挥着重要的作用。这类设备充分利用了OFET的柔性特点，可以与人体表面紧密贴合，从而准确地测量出各种生物力学参数，为医疗、保健等专业人员提供关于患者的健康状况和疾病的治疗效果等重要信息。但是这类设备也存在着诸多问题，如：设备的能耗较高，需要频繁更换电池或充电，从而影响设备的续航能力；不同的设备可能使用不同的数据接口和通信协议，导致用户需要携带多个设备才能实现全面的健康监测；可能存在数据泄露等信息安全隐患。随着科技的不断发展，未来将有综合性能更好、使用更加安全的柔性可穿戴生物力学监测设备被开发和应用，为医疗保健行业带来更多福祉。2文身生物监测设备目前，将柔性OFET器件直接植入到人体皮肤表面以制备文身生物监测设备，成为可穿戴柔性监测设备领域研究的热点之一。近年来已有多种类型的文身生物监测设备被陆续开发出来。例如，将有机或无机导电材料织入超柔性文身贴片的表面，制成生物电位监测装置11；某些物理传感器可用于研究智能机器人和开发智能电子皮肤（如触觉传感器）12-16，亦可用于化学和生物电位的同步监测17，或是在临床方面监测伤口的愈合程度18-20。开发新型生物电位测试电极是可穿戴生物电位记录系统研究的关键问题之一。现在常用的一次性凝胶电极是镀于金属基底的Ag/AgCl电极，使用该电极时需要在活体组织和电极的表面预先涂覆电解质层，以降低皮肤和电极之间的接触电阻，从而减少图像伪影和稳定图谱基线。然而用作电解质层的盐类大多含氯，其溶液容易刺激皮肤，还会腐蚀Ag/AgCl电极表面。近年来，将柔性水贴纸作为基底、聚合物材料作为电极的文身生物电位监测设备因不需要使用电解质层，可以有效避免上述问题。例如，Ferrari等11以喷墨打印的方式将聚苯乙烯磺酸盐和聚3，4-乙烯二氧噻吩的共混物涂覆于柔性水贴纸上，然后外接传感设备制备文身电极（如图5所示）。采用该电极和Ag/AgCl电极测试患者的表面肌电图，二者的均方根振幅、信噪比等测试结果基本一致。2017年，Lai等12在聚对二氯甲苯纳米晶片上修饰了OFET电路（如图6所示）。整体器件厚度仅600 nm，杨氏模量为0.58 GPa，平均载流子迁移率为0.14 cm2/（Vs），平均阈值电压为0.65 V。在此基础上，Lai等12开发了聚对二氯甲苯纳米晶片为基底的全摆幅互补逆变器，该逆变器有良好的频率响应，电学性能受外部形变影响较小，可用于制作智能电子皮肤。分析人体汗液的成分可以有效地监控人体的动态健康，目前其应用的实例较多。早期的汗液传感器是在织物基底上直接构建的，主要用于测试汗液的pH、钠离子浓度和汗液速率13-16。但织物同人体的贴合度不高，易导致检测结果的准确度降低。若将监测设备通过柔性水贴、胶带等工具直接“文”到人体皮肤表面，则有利于提高检测结果的准确度。2017年，Lee等17开发了基于汗液监测血糖浓度的一次性可穿戴监测设备（如图7所示）。将用于反馈透皮治疗的药物装载在2个具有不同温度响应性相变行为的纳米粒子上，将这些纳米粒子嵌入酸性透明质水凝胶微针中，构成反馈透皮给药模块。该模块可以透过图3Cosseddu等9设计的肌肉运动传感器图4Carbonaro等10开发的肌肉运动能力监测系统图5Ferrari等11制备的文身电极图6Lai等12开发的修饰在聚对二氯甲苯纳米晶片上的OFET电路注：Fh处和Ff处安装基于OFET的柔性力学传感器，xa、ya、za坐标轴处安装三轴加速度传感器等电子元件。General Review综述郭恺，唐翠芝，孙博，等.基于有机场效应晶体管的可穿戴柔性监测设备在生物医学领域的研究现状J.医疗卫生装备，2024，45（1）：93-100.xayazaFhFf 95 窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 2024防水带与人体皮肤接触，准确测出人体皮肤表面的pH、温度和湿度等实时数据，再通过电化学分析器显示人体内的实时血糖浓度。该设备还涂有相变材料，使其能够根据患者的血糖水平精准地控制药物的释放，为糖尿病患者提供了一种“无创汗液管理”的治疗方案。加州大学圣迭戈分校的Wang课题组报道了一系列丝网印刷的电子文身型汗液传感器18-20。其被印刷在各种超薄的有机硅或聚合物基底上，使传感器能够与皮肤完美贴合，同时可以准确测定汗液中大部分生化物质，如乳酸、钠盐、铵盐、乙醇等的含量，因此很多课题组开始致力于研究智能伤口敷料21-22。早期的智能伤口敷料大多通过监测伤口表面生物医学参数的变化来防止伤口感染。例如，2014年，Guinovart等23构建了一种类似创可贴的伤口pH监测装置，在电化学传感器的工作电极上修饰对pH敏感的聚苯胺膜，使器件在不同pH下表现出不同的电势，继而通过检测伤口处的pH判断伤口的恢复情况；在参比电极上修饰聚乙烯缩丁醛膜，可以使器件在伤口复杂的生理环境中保持稳定的电位。随着智能材料的发展，许多材料不仅可以对磁、热、声、光、电、pH等信号具有特定响应，还能基于信号响应做出药物控释24-31。例如，哈佛医学院的Mostafalu等31推出了一种用于闭环伤口护理的柔性可穿戴电子设备，该设备可以通过实时监测伤口表面pH的变化来分析伤口的感染情况，并通过热控方式定量释放广谱抗生素头孢唑林钠，用于伤口表面的抗菌消炎。同时，这类敷料还可以通过文身传感器与智能手机等终端建立实时通信，帮助医护人员随时监测患者伤口的恢复情况32-34。浙江大学的Pang等32开发了一种被聚二甲基硅氧烷包覆的包含温敏和光敏元件的柔性电子集成伤口敷料（如图8所示）。该敷料被设计成具有创伤塑性形状的双层结构，以实现与伤口部位的保形接触。敷料的上层是柔性电子层，内含电源管理、电路控制模块，蓝牙芯片对称地分布在两侧，中间区域嵌入1个柔性温度传感器和4个紫外线LED；下层是3 mm厚的紫外光响应性聚乙二醇抗菌水凝胶，用于治疗伤口的庆大霉素分子通过共价键与聚乙二醇分子连结。一般细菌感染引起的炎症反应会导致伤口处的体温比正常高12 益，柔性温度传感器可以持续、准确地监测由伤口炎症引起的体温波动，并通过蓝牙将感应信号传递给手机中的智能程序，进而控制365 nm紫外线LED的打开或关闭；当传感器将体温升高的信号传递给智能程序，后者控制紫外线LED打开，紫外光照射到聚乙二醇水凝胶时，连结庆大霉素和聚乙二醇的共价键断裂，使庆大霉素分子游离出来进入伤口，治疗并促进伤口的愈合。综上所述，文身生物监测设备作为一种新兴的可穿戴柔性监测设备，在智能皮肤、无创医疗等应用领域展现出广阔的发展前景。虽然该设备仍存在一些局限性和不足之处，如：设备在生物相容性方面仍有待提高，长期使用可能会对皮肤造成一定的刺激和损伤；现有的文身墨水稳定性不足，易受温度、湿度等外界因素的影响，导致设备监测数据不准确；目前市场上的传感器技术较为落后，无法满足高精度和高灵敏度的要求。但随着技术的不断发展和完善，文身生物监测设备将在未来更多领域中发挥重要作用。3细胞检测设备生物体内含有肌细胞、神经元等“发电细胞”，这类细胞能引导带电粒子运动，产生电流。利用发电细胞的这一特点，将其和电子元件结合，可开发直接作用于细胞的新型可穿戴柔性监测设备细胞监测生物传感器。当生物体接收外界刺激后，发电细胞释放的化学活动电信号可以被柔性生物传感器或传感平台接收、分析，然后以其他形式的电信号读取出来35。因此，柔性生物传感器或传感平台是细胞监测图7Lee等17开发的监测血糖浓度的一次性可穿戴设备图8Pang等32开发的柔性电子集成伤口敷料General Review综述郭恺，唐翠芝，孙博，等.基于有机场效应晶体管的可穿戴柔性监测设备在生物医学领域的研究现状J.医疗卫生装备，2024，45（1）：93-100.96 窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 2024设备的核心，研究其制备方法和性能特点成为该领域的热点和难点。柔性生物传感器一般由主体电极、射流系统和连接系统3个部分组成。这些组成部分一般作为复杂传感平台（如比色传导的传感平台）的一次性元件，也可作为重复使用的电子模块，有时甚至可以自成系统。近年来，研发人员将OFET36或有机电化学晶体管（organic electrochemical transistor，OECT）37-39（例如碳纳米管40-41、石墨烯衍生物42-43等类型晶体管）与生物传感器结合，提出了生物场效应晶体管（biofieldeffect transistor，BioFET）的概念。生物分子必须很好地融入BioFET的金属-介电层-半导体层工作环境中，才能使BioFET的电学参数（如载流子迁移率、阈值电压等）精准地反映生物参数的变化情况。因此，研究人员研制了离子敏场效应晶体管如图9（a）所示44、电解液门控场效应晶体管如图9（b）所示45。但是，这些晶体管器件往往需放置在液体环境中，通过外置参比电极（作为晶体管的栅极）表征其性能参数。为尽量避免使用外置电极，以免复杂的生物环境对BioFET的测试结果造成不良影响，Minami等46开发了栅极内置的底栅场效应晶体管，并建立了电浮测量环境如图9（c）所示。此外，上述3种BioFET都需要溶液测试环境，这将导致器件的半导体层直接暴露在溶液中，不利于BioFET和柔性基底复合，严重降低晶体管的性能。因此，Demelas等47开发了电荷调节场效应晶体管如图9（d）所示，生物受体材料与半导体材料分处该器件的2个独立区域，感应区域位于加长的金属浮栅之上，可通过改变栅极位置调节器件的工作位点。因此电荷调节场效应晶体管可用于测定更加复杂的生物环境中的电信号。柔性OECT的跨导性高、操作电压低、在溶液环境中稳定性好，大多数柔性有机传感器都是基于这类器件制备的48。目前，这类器件可制备最高含有256根电极的柔性阵列，该阵列可测试体外49和体内50-51发电细胞的电生理活动。此外，这类器件也可用于刺激某些局部环境中的神经元52。石墨烯具有迁移率高、理化性质稳定、与生物基底相容性好等优点，因此基于石墨烯制备的OECT被广泛用作神经接口器件材料53-54。Blaschke等53在聚二甲基硅氧烷基底上制备石墨烯悬栅场效应晶体管（suspended gate fieldeffect transistor，SGFET）的柔性阵列（如图10所示），并研究了晶体管的跨导和固有电子噪声等关键参数。该柔性石墨烯SGFET阵列与刚性石墨烯SGFET的数值相当，而且该晶体管在重复弯曲过程中性能降低不明显，在较高信噪比下记录心肌细胞的动作电位数值的准确度与现有技术相当。研究结果表明，该晶体管不仅可用于检测心肌细胞的活动，亦可为体内实验以及最终制备石墨烯神经假体提供坚实的理论基础。2017年，Blaschke等54在聚酰亚胺基底上制备了16个石墨烯SGFET组成的晶体管阵列（如图11所示），并将该晶体管阵列移植到大鼠的视觉皮层表面，与32根Pt微电极阵列共同组成复合电路传感器。保持该晶体管阵列的源漏电压不变，测试并分析其栅压，结果表明该晶体管阵列表现出明显的双极传输特性。另外，其跨导数表明，晶体管阵列中的电流可以随大鼠脑电波电流信号的改变发生等幅变化，说明该石墨烯SGFET可以映射大鼠的脑电活动。该器件已经接近最先进的脑机接口和神经假体的性能。有机电荷调节场效应晶体管（organic charge-图9可用于生物传感器的场效应晶体管结构（c）栅极内置的底栅场效应晶体管46（d）电荷调节场效应晶体管47（a）离子敏场效应晶体管44（b）电解液门控场效应晶体管45图10Blaschke等53制备的石墨烯SGFET图11Blaschke等54制备的石墨烯SGFET组成的晶体管阵列（a）石墨烯植入器件顶端（b）石墨烯晶体管横截面General Review综述郭恺，唐翠芝，孙博，等.基于有机场效应晶体管的可穿戴柔性监测设备在生物医学领域的研究现状J.医疗卫生装备，2024，45（1）：93-100.97 窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 2024modulated FET，OCMFET）也可以用于记录生物体的生理电信号，这类器件不需要外接参比电极也能准确地测量并转导细胞外活动的电位55。对细胞施加电流、药物等刺激时，细胞能够发出不同的代谢活动指示信号，如细胞消耗氧气、葡萄糖的数量，产生乳酸的数量等。OCMFET能够准确地记录细胞代谢活动产生的指示信号，并转变为可以读取的电信号。目前，许多基于OCMFET的传感器，如电流传感器、电位传感器、电化学生物传感器和光学传感器56-58被陆续开发出来，用于监测细胞的代谢活动。Spanu等58在OCMFET需要感应的区域沉积一层由质子传感膜和氧气等离子体处理后的聚氯代对二甲苯复合膜（如图12所示），使传感器对细胞外环境中微小的pH变化有准确的响应。该传感器的灵敏极限较高（超过1 V/pH），即便细胞代谢活动对环境的影响非常微小，也能监测并显示出相应的信号。因此，该传感器可通过监测人体主神经网络的代谢活动，对受测人员进行药物监督管理。过去数十年间，材料和科技的不断发展促使生物电子器件持续改进，也使制备更加复杂的测试平台成为可能，并为最终建立柔性芯片实验室奠定了基础59。目前，该领域着力将上述传感器实现产业化，例如开发可穿戴的护理生化传感器等全柔性测试平台。此类新型器件的制备要求不同于过去使用的全被动器件，自身电路可以偏置，同时信号转换和数据输出也更加准确。4结语对可穿戴柔性监测设备的研究涉及可用于生物体内或体外环境监测的传感器件等多个方面。从纳米级别的人体细胞到人体局部组织、器官都可用此类设备进行监测。柔性材料的使用提高了此类监测设备测得数据的时间和空间分辨力；同时，使用者佩戴这类监测设备时的不适感较低。因此该设备适合使用者长期佩戴，这能够帮助研究人员获取之前无法采集到的人类体表或体内信息。然而，可穿戴柔性监测设备在快速发展的过程中也暴露出若干问题，如：设备的外观偏向工程化，时尚感不强；有些设备精度不高，功能局限性比较大；续航能力差，需要频繁充电；数据记录的准确性有待提高；某些设备可能存在泄露患者隐私的问题等。针对上述问题，未来可穿戴柔性监测设备应向以下几个方向发展：首先，随着工程技术的进步和个性化医疗理念的普及，可穿戴柔性监测设备也将向微型化和个性化方向发展；其次，新型传感器的诞生将引导可穿戴柔性监测设备向信息种类多元化和数量多元化等方向发展；最后，新型电池、芯片和电子设备嵌入人体技术的发展，可以使可穿戴柔性监测设备在复杂的人体内外部环境下实现安全、精准的使用。参考文献1郭淑婧，王中武，于丽，等.基于有机场效应晶体管的柔性传感器：材料、机制与应用J.中国科学：化学，2022，52（11）：2 080-2 091.2胡宗月，林云凤，曾皓月，等.可穿戴设备在心理康复护理领域中的应用综述J.医疗卫生装备，2023，44（4）：77-82.3郑锐龙，詹珊珊，庞拴卫.可穿戴脉诊设备的发展及应用现状J.医疗卫生装备，2023，44（4）：104-109.4TORSI L，MAGLIULO M，MANOLI K，et al.Controlling themode of operation of organic transistors through side-chainengineeringJ.Chem Soc Rev，2013，42（22）：8 612-8 628.5YUVARAJA S，NAWAZ A，LIU Q，et al.Organic field-effecttransistor-based flexible sensorsJ.Chem Soc Rev，2020，49（11）：3 423-3 460.6LI C，LIUX，TU D，et al.A polymericionic liquid as a cathodeinterlayer of organic photovoltaics with improved reproduci-bilityJ.ChemCommun（Camb），2019，55（20）：2956-2959.7LAI S，GARUFI A，MADEDDU F，et al.A wearable platformformonitoringwristflexionandextensioninbiomedicalappli-cations using organic transistor-based strain sensorsJ.IEEESens J，2019，19（15）：6 020-6 028.8TESCONI M，TOGNETTI A，SCILINGO E，et al.Wearablesensorized system for analyzing the lower limb movement du-ring rowing activityC/IEEE International Symposium on In-dustrial Electronics，June 4-7，2007，Vigo，Spain.New York：IEEE，2007：2 793-2 796.9COSSEDDU P，TIDDIA G，MILITA S，et al.Continuous tun-ing of the mechanical sensitivity of pentacene OTFTs on fle-xible substrates：from strain sensors to deformable transis-torsJ.Org Electron，2013，14（1）：206-211.图12Spanu等58基于OCMFET结构开发的pH敏感传感器General Review综述郭恺，唐翠芝，孙博，等.基于有机场效应晶体管的可穿戴柔性监测设备在生物医学领域的研究现状J.医疗卫生装备，2024，45（1）：93-100.98 窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 202410 CARBONARO N，LORUSSI F，TOGNETTI A，et al.Assess-ment of a smart sensing shoe for gait phase detection in levelwalkingJ.Electronics，2016，5（4）：78.11 FERRARI L M，SUDHA S，TARANTINO S et al.Ultracon-formable temporary tattoo electrodes for electrophysiologyJ.Adv Sci（Weinh），2018，5（3）：1700771.12 LAI S，ZUCCA A，COSSEDDU P，et al.Ultra-conformableorganicfield-effecttransistorsandcircuitsforepidermalelec-tronic applicationsJ.Org Electron，2017，46：60-67.13 HATTORI Y，FALGOUT L，LEE W，et al.Multifunctionalskin-like electronics for quantitative，clinical monitoring ofcutaneouswound healingJ.Adv Healthc Mater，2014，3（10）：1 597-1 607.14 MORRIS D，COYLE S，WU Y，etal.Bio-sensing textile basedpatch with integrated optical detection system for sweat mo-nitoringJ.Sensor Actuat B-Chem，2009，139（1）：231-236.15 SCHAZMANN B，MORRIS D，SLATER C，et al.A wearableelectrochemicalsensorforthe real-timemeasurementof sweatsodiumconcentrationJ.AnalMethods，2010，2（4）：342-348.16 COYLE S，LAU K T，MOYNA N，et al.BIOTEX-biosensingtextilesforpersonalisedhealthcaremanagementJ.IEEETransInf Technol Biomed，2010，14（2）：364-370.17 LEEH，SONGC，HONGYS，etal.Wearable/disposablesweat-based glucose monitoring device with multistage transdermaldrug delivery moduleJ.Sci Adv，2017，3（3）：e1601314.18 WINDMILLERJR，BANDODKARAJ，VALDES-RAMIREZG，etal.Electrochemicalsensing based onprintable temporarytransfer tattoosJ.Chem Commun（Camb），2012，48（54）：6 794-6 796.19 BANDODKAR A J，JIA W Z，WANG J，et al.Tattoo-basedwearableelectrochemicaldevices：areviewJ.Electroanalysis，2015，27（3）：562-572.20 JIAW，BANDODKARAJ，VALDES-RAMIREZG，etal.Ele-ctrochemical tattoo biosensors for real-time noninvasive lac-tate monitoring in human perspirationJ.Anal Chem，2013，85（14）：6 553-6 560.21 TAMAYOL A，AKBARI M，ZILBERMAN Y，et al.FlexiblepH-sensing hydrogel fibers for epidermal applicationsJ.AdvHealthc Mater，2016，5（6）：711-719.22 GUO J.Uric acid monitoring with a smartphone as the elec-trochemical analyzerJ.Anal Chem，2016，88（24）：11 986-11 989.23 GUINOVART T，VALDES-RAMIREZ G，WINDMILLER J，et alJ.Electroanalysis，2014，26（6）：1 345-1 353.24 WUL，WANGJ，GAON.Electricallypulsatileresponsivedrugdelivery platformfortreatmentof AlzheimersdiseaseJ.NanoRes，2015，8（7）：2 400-2 414.25 WANG C Y，YANG C H，LIN Y S，et al.Anti-inflammatoryeffect with high intensity focused ultrasound-mediated pul-satile delivery of diclofenacJ.Biomaterials，2012，33（5）：1 547-1 553.26 SUN C，LIU H，ZHANG S，et al.Preparation of n