综述：电子皮肤及其在泛健康监测领域的先进应用
2025-06-07 16:55:44   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

皮肤是人体最大的器官，覆盖了人体整个表面，不仅具有透气、导湿、柔韧和弹性等物理特性，还具有危险屏蔽、自我修复、力感知、温度感知和湿度感知等功能特性。换句话说，它可以作为一个有效的保护屏障，保护人体免受外部伤害，同时为感知和响应外部刺激提供了一个理想的平台。

电子皮肤是一种具有柔性和智能感知能力的仿生器件，能够模仿人体皮肤的触感、温度、压力等感知功能。凭借其柔韧性、透气性、生物相容性等特点，电子皮肤已广泛应用于健康管理、个性化医疗、疾病预防等泛健康领域。随着新传感原理的提出、先进功能材料的开发、微加工技术的发展以及人工智能（AI）与算法的融合，电子皮肤的发展进一步加速。

面对新兴的材料、创新的合成技术、先进的微加工技术以及在医疗保健领域的应用不断扩大，总结介绍电子皮肤最新的研究成果正变得越来越重要。据麦姆斯咨询介绍，南京大学、内蒙古大学和南京医科大学组建的联合研究团队在Biomedicines期刊上发表了一篇题为“E-Skin and Its Advanced Applications in Ubiquitous Health Monitoring”的综述性文章。该综述全面总结了电子皮肤在医疗保健领域的最新进展，以及当前面临的主要挑战。研究人员围绕应用于健康监测的电子皮肤所需要的特性展开了讨论，分析了电子皮肤的基本传感原理和技术组件，全面介绍了近年来电子皮肤在泛健康监测领域的应用。最后，文章讨论了电子皮肤在医疗保健领域面临的主要挑战和未来的发展方向。

电子皮肤的主要特性及其应用概览

电子皮肤用于健康监测的重要特性

电子皮肤是一种模仿人体皮肤的柔性电子器件，因此首先需要模仿人体皮肤的基本特性——柔韧性。此外，为了满足在不同环境下佩戴舒适、传感性能稳定的要求，电子皮肤还应具备透气性和适形性。当然，作为一种融合先进技术和材料的电子皮肤，对人体安全和环境友好的生物可降解性也极为重要。本综述详细讨论了这些重要特性，并介绍了相关材料及其最新制备技术。

电子皮肤蜂窝结构的预拉伸和机械模拟

电子皮肤的适形性和透气性

医疗保健电子皮肤的基本原理和技术组件

电子皮肤的不同传感机制决定了其在健康监测和医疗领域的不同性能。目前，电子皮肤不仅具有应力应变、体温、湿度、气体、生化、生物物理信号等传感功能，还具有能量收集、自愈、制冷、光热转换、药物缓释等多种功能。电子皮肤的不同功能极大地丰富并拓展了其在医疗保健领域的应用，增强了其实用性。其中，应力应变等机械力传感功能是电子皮肤最重要、最广泛、最基本的功能。根据传感机制，可将其分为电阻式、电容式、压电式和摩擦电式。

电子皮肤的传感机制和工作模式

尽管卓越的机械传感能力可以监测人体的日常行为和情绪状态，以及血压、脉搏、呼吸等生命指标，基本可以满足电子皮肤对人体健康状况的监测。然而，更精确、更专业的生理指标和医疗参数并不能完全通过机械传感来获取。因此，除了机械力感应功能外，电子皮肤还需要感应温度、湿度、气体、生化分子和光子。

用于健康监测和医疗等领域的电子皮肤需要有明确的生理参数检测指标，以分析和预测人体的健康状况。人体最重要的健康指标包括体温、呼吸、脉搏和血压等生命体征，这些指标也能评估生命活动及其质量。电子皮肤需要在日常生活中持续监测这些信号，并发出不同信号之间的相互作用，以区分需要监测的信号，从而提供初步诊断信息。

用于呼吸监测的电子皮肤

能量收集和数据传输

能量收集是确保电子皮肤可以长时间无感佩戴，并进行持续健康监测的技术。引入的能量收集器可用作传感器的电源，也可直接用作自供电传感器，无需外部电源。电子皮肤利用的能量可分为机械能、光电能、热电能和化学能等多种类型，其中机械能最为常见，也最容易获取。目前，摩擦纳米发电机（TENG）和压电纳米发电机（PENG）是收集机械能为电子皮肤提供能量的主要自供电系统。

用于步态分析和运动检测的自供电电子皮肤系统

根据传感器与数据接收器之间的距离、供电方式、功能特点等因素，射频识别（RFID）、近场通信（NFC）和低功耗蓝牙（BLE）等无线通信技术已被开发用于电子皮肤设备，为其实时监控、动态响应和即时反馈提供了途径。

泛健康监测应用的电子皮肤

本文总览了电子皮肤在健康管理、运动监测、情绪和心脏监测等方面的具体应用。此外，还分析了电子皮肤在婴幼儿护理、老年人护理和残疾人辅助设备等方面的应用意义。

用于新生儿重症监护的无线电子皮肤系统

挑战与前景

本综述全面讨论了电子皮肤的特点、功能、传感模式、能量收集和信号传输机制，同时评估了电子皮肤在健康监测和个性化医疗中的应用。尽管最近取得了一些进展，但其关键挑战依然存在，包括长时间使用的高效能量存储、稳定的高通量信号传输以及对特定人群的适应性等。要解决这些问题，需要开发先进的能量收集技术，加强实时数据处理和安全无线传输，改善柔性材料的机械性能以承受变形，以及降低多模态传感系统中的信号干扰。这些无疑增加了将电子皮肤集成到医疗系统中的初期成本。但从长远来看，电子皮肤能够有效降低医疗成本，提高监管和护理质量，改善患者健康状况，为医疗保健领域带来巨大的经济效益。此外，将电子皮肤的应用扩大到资源有限的群体也至关重要。电子皮肤未来的发展取决于材料科学、人工智能和能源技术的跨学科创新，使其应用范围超越医疗保健，扩展到人机交互、康复和智能生活等更广泛的领域。

论文链接：https://doi.org/10.3390/biomedicines12102307

延伸阅读：

《电子皮肤贴片技术及市场-2022版》

《可穿戴传感器技术及市场-2025版》

《印刷和柔性传感器技术及市场-2024版》