2024有源医疗器械创新论坛详解未来医疗的革命性技术：可穿戴与可植入电化学传感器的突破与应用
2024-10-29
2024有源医疗器械创新论坛探讨可穿戴与可植入电子产品中电化学与电学生物传感器在医学治疗领域的应用技术
本文是对可穿戴和可植入电子产品中电化学和电学生物传感器在医学治疗领域的技术发展趋势、研究细节、案例研究的逻辑梳理（第一期）
一、技术发展趋势
1.材料创新：从传统金属和硅基材料转向导电聚合物、石墨烯、碳纳米管等有机导电和半导体材料。
2. 性能提升：新型材料提高了传感器与生物组织之间的相容性，增强了信号传输的准确性和保真度。
3. 多功能集成：传感器朝着能够监测多种生物参数的多功能集成方向发展。
4. 微型化和柔性化：传感器变得越来越小、越柔韧，更便于长期佩戴或植入。
5. 智能化和网络化：与智能设备、云计算和物联网技术的结合，实现实时、远程监测和数据分析。
6. 早期诊断和精准治疗：技术进步使得早期诊断和精准治疗成为可能。
7. 持续研究和创新：预计技术将继续快速发展，为医疗健康领域带来更多创新应用。
二、案例研究
文章1：
基于导电聚合物和碳基材料的可穿戴和可植入电子学的电化学和电学生物传感器
Peikai Zhang等人于2024年在《Chemical Reviews》上发表题为《Electrochemical and Electrical Biosensors for Wearable and Implantable Electronics Based on Conducting Polymers and Carbon-Based Materials》的文章，其工作基于导电聚合物和碳基材料的传感器：解决了生物组织和电子设备之间特性不匹配的问题。
主要内容：
这篇综述文章探讨了基于导电聚合物和碳基材料的可穿戴和植入式生物传感器的最新进展。文章首先介绍了生物电子设备的重要性，以及可穿戴和植入式生物传感器在健康监测和疾病诊断中的独特优势。随后，文章重点讨论了导电聚合物（CPs）、石墨烯和碳纳米管（CNTs）等有机和碳基导电材料在生物电子领域的应用潜力。
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S1.(A)PANI/PSS−UPy水凝胶的合成过程示意图。(B)光学照片显示了水凝胶的可自愈、可注射、可拉伸和可模塑特性。(C)用于监测吞咽（上）和说话（下）的水凝胶的应变传感性能。
文章亮点：：
植入式传感器：文章重点讨论了基于有机材料的植入式生物传感器在脑、神经系统、心血管系统和肌肉等器官中的应用，并强调了软组织兼容性和长期稳定性的重要性。
S2.制作的可穿戴的基于汗液的葡萄糖生物传感器的照片和示意图
结论与展望：
文章展望了可穿戴和植入式生物传感器未来的发展方向，包括提高生物相容性、开发非侵入式记录方法、实现多功能检测和开发可降解器件。基于有机和碳基材料的可穿戴和植入式生物传感器具有巨大的潜力，可以为健康监测和疾病诊断提供新的工具。未来，随着材料科学、微加工技术和生物工程学的不断发展，这些生物传感器将会变得更加敏感、可靠和多功能，并最终实现商业化应用。
文章2：
基于核酸的可穿戴和可植入电化学传感器
《Chemical Society Reviews》 期刊于2024年发表了一篇关于基于核酸的可穿戴和植入式电化学传感器的综述文章。这项技术通过促进疾病的早期诊断、疾病进展的监测和个体化治疗计划的定制，有望彻底改变个性化医疗保健。
主要内容：
本文首先介绍了传统血液检测方法的局限性，以及可植入和可穿戴生物传感技术带来的机遇。这些技术能够实现对多种生物标志物的连续监测，为个性化医疗和精准医疗提供新的途径。
S1.基于核酸的可植入/可穿戴电化学传感器概述
S2.可穿戴微针电化学适体生物传感器
S3.基于核酸的植入式神经化学传感
文章亮点：
结论与展望：
核酸基电化学传感器在植入式和可穿戴式应用中的快速发展，标志着过去十年个人医疗保健领域的重大飞跃。这些传感器能够直接在各种生物流体（如血液、间质液、汗液和唾液）中进行实时、连续的生物标志物分析，对于早期诊断、疾病进展监测和个体化治疗计划定制具有重要作用。基于核酸的电化学传感器有望在未来实现更广泛的应用，为人们提供更便捷、更准确的健康监测和疾病管理方案。
https://doi.org/10.1039/D4CS00001C
三、具体应用案例
1.基础医学研究：用于检测抗原和抗体之间的结合与解离动态平衡，对抗体亲和力及识别抗原表位进行准确测定。
2.无创医学检测：原位分析生物液体/气流体，实现对生理指标和健康状态的连续监测。
3.细菌病原体检测：用于检测细菌成分，以其快速响应、高灵敏度和特异性在临床诊断中显示出前景。
4.全血分析：包括小分子、核酸、蛋白质和细胞的灵敏检测，如多巴胺的直接检测。在复杂的介质中直接并准确地检测目标物质，适合于便携式设备的研发。
四、结语
可穿戴与可植入电子产品中的电化学与电学生物传感器在医学治疗领域的应用技术正以前所未有的速度发展。从材料创新到性能提升，从多功能集成到微型化和柔性化，再到智能化和网络化，这些技术的进步为早期诊断和精准治疗提供了强大支持。正如案例研究所展示的，基于导电聚合物、碳基材料和核酸的电化学传感器在健康监测、疾病诊断和治疗方面展现出巨大潜力。未来，随着相关技术的持续研究和创新，我们有理由相信，这些智能化的生物传感器将为医疗健康领域带来更多创新应用，为人类健康保驾护航。
▼参考资料：
[1] P. Zhang, B. Zhu, P. Du, J. Travas-Sejdic, Electrochemical and Electrical Biosensors for Wearable and Implantable Electronics Based on Conducting Polymers and Carbon-Based Materials, Chemical Reviews, 124 (2024) 722-767.https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00392
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文章来源：医工学人
