皮革材料在皮膚傳感器領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

楊志偉

（吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能制造學(xué)院，吉林 吉林 132013）

0 引言

隨著科技的飛速發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向創(chuàng)新的生物傳感技術(shù)[1]。其中，皮膚傳感器作為一項(xiàng)前沿的研究領(lǐng)域備受矚目[2]。傳統(tǒng)的醫(yī)療監(jiān)測(cè)方式往往需要侵入性的設(shè)備，限制了監(jiān)測(cè)的連續(xù)性和舒適性。皮膚傳感器通過(guò)與皮膚緊密結(jié)合，能夠?qū)崟r(shí)、非侵入式地獲取和監(jiān)測(cè)個(gè)體的生理參數(shù)，使得監(jiān)測(cè)變得更加便捷、連續(xù)和舒適，為健康管理、疾病預(yù)防智能穿戴等領(lǐng)域帶來(lái)了新的機(jī)遇[3-5]。

皮膚傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了廣泛的醫(yī)療場(chǎng)景，例如疾病的早期診斷、慢性病的管理以及手術(shù)后的監(jiān)測(cè)[6]。在智能穿戴設(shè)備中，皮膚傳感器的運(yùn)用也為用戶提供了更為智能化和個(gè)性化的健康服務(wù)。然而，為了使皮膚傳感器更好地適應(yīng)人體的曲線、提供更為貼合的感覺(jué)，材料選擇成為關(guān)鍵的問(wèn)題。本文特別引入了皮革材料作為一種新興的應(yīng)用材料，與傳統(tǒng)的硬質(zhì)材料相比，皮革以其天然的柔軟性、可塑性，為皮膚傳感器的制備帶來(lái)了新的思路和可能性[7]。

1 皮革材料的優(yōu)勢(shì)

1.1 柔軟性與舒適性

皮革作為一種天然材料，具有卓越的柔軟性和可塑性，能夠與人體皮膚表面完美貼合[8]，為皮膚傳感器的舒適佩戴提供了關(guān)鍵支持。相較于其他硬質(zhì)或剛性材料，皮革能夠適應(yīng)人體曲線和運(yùn)動(dòng)，減少對(duì)皮膚的壓力和不適感，從而提供更自然、更舒適的使用體驗(yàn)。這種柔軟性使得皮膚傳感器在穿戴時(shí)更符合人體工程學(xué)，增加了佩戴者的舒適感，為傳感技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了實(shí)質(zhì)性的優(yōu)勢(shì)。

1.2 導(dǎo)電性改良

為了在皮膚傳感器中應(yīng)用皮革材料，研究人員著力改良其導(dǎo)電性。采用導(dǎo)電涂層、導(dǎo)電纖維或其他技術(shù)手段對(duì)皮革進(jìn)行處理，賦予其一定的導(dǎo)電特性，以便于集成電子元件，如傳感器和電極[9]。這種導(dǎo)電性的改良為皮革在電子傳感器制備中的應(yīng)用提供了可能性。

1.3 生物相容性

作為天然材料，皮革具有良好的生物相容性。皮革與皮膚之間的接觸不容易引起過(guò)敏或刺激，有效降低了使用者出現(xiàn)不適或皮膚反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)[10]。這種生物相容性有助于提高傳感器的可穿戴性，從而更好地適應(yīng)醫(yī)療環(huán)境和用戶需求。

1.4 可持續(xù)性與環(huán)保性

皮革具有可再生性和可降解性，相較于某些合成材料，皮革的制備過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響更小，同時(shí)更易于回收再利用[11]，選擇皮革材料能夠促進(jìn)可持續(xù)生產(chǎn)和消費(fèi)模式的發(fā)展，符合當(dāng)今社會(huì)對(duì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保的需求。

1.5 多樣性和裝飾性

皮革材料具有豐富的種類和紋理，能夠滿足不同使用場(chǎng)景的需求[12]。其多樣性和裝飾性使得皮膚傳感器的設(shè)計(jì)更具創(chuàng)意，可以更好地融入不同的穿戴設(shè)備或醫(yī)療器械中，提升整體的美觀性和吸引力。

綜上，皮膚傳感器在選擇材料時(shí)充分考慮皮革的優(yōu)勢(shì)，有望為未來(lái)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用開(kāi)辟新的可能性。

2 皮革材料在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的實(shí)際應(yīng)用

2.1 醫(yī)療領(lǐng)域

在醫(yī)療領(lǐng)域，皮膚傳感器在醫(yī)療監(jiān)測(cè)中非常重要，用于實(shí)時(shí)追蹤和記錄患者的生理信號(hào)。通過(guò)皮革材料的柔軟性和生物相容性，醫(yī)療設(shè)備能夠更緊密地貼合患者的皮膚表面[13]，實(shí)現(xiàn)更為舒適的佩戴體驗(yàn)。這種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的技術(shù)可應(yīng)用于多個(gè)方面.

生理信號(hào)監(jiān)測(cè)：皮膚傳感器可以用于監(jiān)測(cè)生理信號(hào)，如心率、血壓、體溫等，為醫(yī)生提供患者的實(shí)時(shí)生理狀況數(shù)據(jù)，有助于及時(shí)診斷和治療。

疾病診斷：在疾病診斷方面，皮膚傳感器通過(guò)監(jiān)測(cè)皮膚上的特定生理參數(shù)，能夠輔助醫(yī)生進(jìn)行疾病的早期診斷，提高治療效果。

慢性病管理：對(duì)于患有慢性病的患者，皮膚傳感器可用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)關(guān)鍵指標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)更好的病情管理和治療調(diào)整。

2.2 智能穿戴設(shè)備

在智能穿戴設(shè)備領(lǐng)域，皮革材料的應(yīng)用為皮膚傳感器增色不少。這種材料的自然柔軟性和可塑性使得皮膚傳感器可以巧妙地嵌入到各類設(shè)備中，為用戶提供更為智能化、個(gè)性化的健康監(jiān)測(cè)服務(wù)。

智能手表：皮膚傳感器嵌入智能手表，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的生理狀態(tài)，如心率、體溫等，為健康管理提供全方位的數(shù)據(jù)支持。

智能衣物：通過(guò)將皮膚傳感器集成到智能衣物中，用戶能夠無(wú)感知地監(jiān)測(cè)生理參數(shù)，同時(shí)享受到由皮革材料帶來(lái)的舒適感，使智能穿戴設(shè)備更加貼近日常生活[14]。

運(yùn)動(dòng)設(shè)備：在運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，皮膚傳感器的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)員或健身愛(ài)好者的生理狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，為運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

3 當(dāng)前應(yīng)用挑戰(zhàn)

3.1 導(dǎo)電性和穩(wěn)定性的提升

皮革材料本身的導(dǎo)電性相對(duì)較低，因此需要通過(guò)技術(shù)手段提高其導(dǎo)電性以滿足電子傳感器的要求。研究人員通常采用導(dǎo)電性涂層、導(dǎo)電纖維等方法進(jìn)行改良，但仍然需要解決導(dǎo)電性與穩(wěn)定性之間的平衡問(wèn)題。在長(zhǎng)時(shí)間使用中，皮革材料可能受到環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致導(dǎo)電性的降低或不穩(wěn)定[15]，這需要進(jìn)一步的研究和技術(shù)改進(jìn)。

3.2 耐久性的挑戰(zhàn)

皮膚傳感器要求具有較長(zhǎng)的使用壽命，而傳統(tǒng)的皮革在日常使用中可能受到摩擦、拉伸和化學(xué)物質(zhì)等因素的影響而出現(xiàn)磨損或損壞[16]。為了提高皮膚傳感器的耐久性，需要尋找新的處理方法或開(kāi)發(fā)耐磨、耐用的皮革材料，以確保在長(zhǎng)期使用中保持其性能和外觀。

3.3 制造工藝的技術(shù)難題

保持皮革的天然柔軟性并在其表面整合電子元件是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)。傳感器元件的集成需要在不破壞皮革結(jié)構(gòu)的前提下實(shí)現(xiàn)，這可能涉及微型化的電子元件、柔性電路板的設(shè)計(jì)以及適應(yīng)不同類型皮革的制造工藝等問(wèn)題[17]。解決這一難題將需要跨學(xué)科的合作，涉及材料科學(xué)、電子工程和制造工藝等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)。

3.4 生物相容性的保障

皮革作為天然材料具有較好的生物相容性，但在一些情況下，對(duì)皮膚的長(zhǎng)時(shí)間接觸可能引起過(guò)敏或其他不適[18]。在皮膚傳感器設(shè)計(jì)中，需要仔細(xì)考慮材料的選擇和處理，以確保在不影響生物相容性的前提下提高傳感器的性能和穩(wěn)定性。

3.5 標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范

皮膚傳感器是涉及醫(yī)療和健康領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，需要建立相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以確保其在各種應(yīng)用中的安全性和可靠性。制定適用于皮膚傳感器的標(biāo)準(zhǔn)將有助于推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，并為制造商和用戶提供更明確的指導(dǎo)。

攻克這些挑戰(zhàn)將需要持續(xù)的研究和創(chuàng)新，促使皮膚傳感器技術(shù)更好地適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景，并最終實(shí)現(xiàn)在醫(yī)療、健康監(jiān)測(cè)和智能穿戴領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用

4 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 導(dǎo)電性改進(jìn)的研究

針對(duì)皮革材料導(dǎo)電性不足的挑戰(zhàn)，未來(lái)的發(fā)展將集中在探索更有效的導(dǎo)電性改進(jìn)方法。研究人員可能會(huì)繼續(xù)探索新型的導(dǎo)電涂層、導(dǎo)電纖維或?qū)щ娞盍系燃夹g(shù)，以提高皮革材料的導(dǎo)電性，并保持其柔軟性和舒適性。

4.2 多功能集成的推進(jìn)

未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將致力于增強(qiáng)皮革傳感器的多功能集成能力，這意味著不僅僅是監(jiān)測(cè)基本生理參數(shù)，還將加強(qiáng)對(duì)更復(fù)雜生物信號(hào)的監(jiān)測(cè)，如心電圖、肌電圖等[19]。通過(guò)整合多種傳感器元件或技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)更廣泛、更復(fù)雜生理信號(hào)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，以滿足醫(yī)療和健康監(jiān)測(cè)的需求。

4.3 跨學(xué)科合作的重要性

未來(lái)發(fā)展皮膚傳感器技術(shù)需要跨學(xué)科的合作，包括生物醫(yī)學(xué)工程、材料科學(xué)、電子工程等領(lǐng)域?？鐚W(xué)科合作可以促進(jìn)知識(shí)和技術(shù)的交流，推動(dòng)皮膚傳感器技術(shù)的綜合創(chuàng)新。這也將有助于加速解決皮膚傳感器面臨的諸多挑戰(zhàn)，如導(dǎo)電性、耐久性和生物相容性等問(wèn)題。

4.4 可穿戴技術(shù)與智能醫(yī)療融合

未來(lái)皮膚傳感器的發(fā)展將與可穿戴技術(shù)和智能醫(yī)療的融合更加緊密[20]。這意味著傳感器將不僅僅作為監(jiān)測(cè)工具存在，還可能與智能設(shè)備、云端數(shù)據(jù)分析等結(jié)合，為用戶提供更為個(gè)性化、智能化的醫(yī)療和健康管理服務(wù)。

4.5 個(gè)性化和定制化需求

隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于醫(yī)療和健康監(jiān)測(cè)的個(gè)性化需求將不斷增長(zhǎng)。未來(lái)皮膚傳感器有望向著更加定制化、個(gè)性化的方向發(fā)展，能夠根據(jù)不同用戶的需求和身體特征定制制備，提供更貼合個(gè)體需求的服務(wù)。

4.6 標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范推動(dòng)技術(shù)應(yīng)用

隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，皮膚傳感器在醫(yī)療和健康管理等領(lǐng)域的應(yīng)用日益增多。為了更好地推動(dòng)這一領(lǐng)域的發(fā)展，制定適用于皮膚傳感器的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范很重要。標(biāo)準(zhǔn)能夠確保皮膚傳感器的質(zhì)量。通過(guò)明確的技術(shù)要求和測(cè)試方法可以幫助制造商確保其產(chǎn)品符合一定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而提高產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。通過(guò)規(guī)范各種傳感器的技術(shù)規(guī)格，可以推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，促使制造商不斷改進(jìn)其產(chǎn)品，滿足不斷變化的市場(chǎng)需求。

這些未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)展示了皮膚傳感器技術(shù)的廣闊前景，預(yù)示著它將在醫(yī)療、健康監(jiān)測(cè)和智能穿戴等領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮重要作用。

5 總結(jié)與展望

皮革材料在皮膚傳感器領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的潛力，其獨(dú)特特性為皮膚傳感器的發(fā)展帶來(lái)新的可能性。然而，當(dāng)前仍面臨導(dǎo)電性、耐久性和制造工藝等方面的挑戰(zhàn)，為了克服這些障礙，未來(lái)的發(fā)展需要依賴創(chuàng)新的研究和跨學(xué)科的協(xié)同工作。導(dǎo)電性的改進(jìn)、多功能集成的推進(jìn)以及對(duì)耐久性和生物相容性的關(guān)注將是重要的研究方向。與可穿戴技術(shù)和智能醫(yī)療的深度融合，以滿足個(gè)性化需求，將進(jìn)一步推動(dòng)皮膚傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范的制定，可以確保技術(shù)應(yīng)用的質(zhì)量和安全性。皮膚傳感器在未來(lái)將持續(xù)受益于創(chuàng)新研究和跨學(xué)科合作，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用和更高水平的性能。