UCLA陳俊《Nature,Electronics》綜述,用於個性化醫療的智慧織物​

個性化醫療可以潜在地用於改善醫療結果,但實施仍然是一個相當大的挑戰。此外,社會上有一些精通科技、採用可穿戴設備的群體,這表明現在是智慧紡織品在個性化醫療領域擴展的最佳時機。近日,加州大學洛杉磯分校陳俊教授團隊系統綜述了智慧織物在個性化醫療中的應用。

全球人口的診斷、治療和護理後康復解決方案在可及性、質量和臨床結果方面各不相同。事實證明,集中式、通用式的醫療保健模式在提供可及性、可負擔性和高品質的醫療保健方面效率低下。個性化醫療可以潜在地用於改善醫療結果,但實施仍然是一個相當大的挑戰。智慧織物可以觀測人的生理狀態,並可用於現場臨床監測和干預,這種紡織品可以提供醫療和經濟效益,從疾病預防、改善臨床結果和生活質量,到提高生產率、減輕醫療負擔和降低醫療成本。硬體和軟件的限制——製造、可伸縮性、網路集成和用戶等問題——阻礙了智慧紡織品在個性化醫療保健中的使用。然而,小型化和低功耗科技的發展,以及它們成功地融入紡織品,意味著具有合適的可穿戴性的多功能智慧紡織品保健平臺已經問世。此外,5G網絡的擴展和物聯網(IoT)的滲透意味著數據中繼和介入周轉速度的限制正在得到解决。此外,社會上有一些精通科技、採用可穿戴設備的群體,這表明現在是智慧紡織品在個性化醫療領域擴展的最佳時機。

近日,加州大學洛杉磯分校陳俊教授團隊系統綜述了智慧織物在個性化醫療中的應用。作者研究了不同的平臺科技、不同的製造策略以及它們所使用的臨床場景的範圍,還探討了當前的商業和監管環境,並考慮了資料管理的問題。最後,作者展望了將這些科技平臺轉化為商業應用所需的關鍵步驟。相關工作以“Smart textiles for personalized healthcare”為題發表在最新一期的《Nature Electronics》。陳俊教授團隊博士研究生Alberto Libanori和Guorui Chen為本文的共同第一作者。

圖1.智慧醫療紡織品平臺科技發展時間表。20世紀90年代,將電子設備嵌入服裝,隨後又被應用到醫療保健領域。納米電子學和材料科學平臺科技的發展帶來了大量的診斷、治療和應用。

圖2.智慧醫療紡織品的製造策略。a、智慧紡織品所使用的原材料。功能資料被嵌入到預製的紡織基板上。b、智慧紡織品的製造策略。功能資料可以通過塗層、紡絲、印刷和熱拉伸等科技直接在纖維內部製造。c、用於智慧紡織品的構造。各種纖維層的部署有助於智慧紡織品的功能化。d、紡織級結構是指紗線可以以非織造的管道編織、針織或集成,紡製成大規模的智慧紡織品。

圖3.智慧診斷織物。a,用於無線量測心血管參數的花狀紡織感測器示意圖。b,採集老年患者的脈搏波形。c,生物力學-電信號轉換軟系統中的巨磁彈性效應。d,由導電紗編織1D軟纖維而成的紡織MEG。e、紡織MEGs可在大汗或水下準確地將動脈脈搏波轉換為電信號,無需封裝。f,大型觸覺傳感紡織品照片。比例尺0.5 cm。g,由PEDOT組成的導電柔韌絲片,作為表皮感測器監測肌電圖訊號。h,一種用於葡萄糖、[Na+]、[K+]、[Ca2+]和pH監測的電化學傳感紡織品。i,紡織品能够從人體及其周圍環境中獲取可再生能源,為診斷設備提供永續的能源。j,一種光可充電紡織品,包括紡織品太陽能電池和紡織品電池。

圖4.智慧治療織物。a,智慧手套,作為手語-言語翻譯和交流的輔助治療。PCB,印刷電路板。b,從美國手語手勢及其字母表示中生成電信號模式。c,用於手語翻譯的移動用戶介面。d,一種Ti3C2Tx MXene紡織品,具有自控制焦耳加熱,用於熱療和殺死傷口周圍的細菌。e,一種智慧的傷口敷料織物,可為患者量身定做劑量和給藥時間。f,與對照組相比,使用藥物釋放織物的傷口床肉芽組織沉積新增3倍。g,一種由離子導電的有機凝膠纖維編織而成的TENG紡織品,能够產生電場,加速傷口癒合。h,在對照組和凝膠-紡織TENG條件下,14天后傷口區CD34表達的免疫染色影像。i,由電源、顯示和資訊輸入模塊組成的紡織綜合系統。比例尺,2釐米。

圖5.ATBAN(Autonomous textile body area networks)提供個性化醫療服務。a,服裝上的自主紡織體區域網(ATBAN),可並行監測代謝物(生物分子分析)、機動性(壓力監測)、心血管功能(心率監測)和發熱狀態(溫度監測)。b,通過診斷節點(綠色)、治療節點(黃色)、能量節點(藍色)和資料處理節點(灰色),各種ATBAN個性化醫療功能。c,總結關鍵的硬體和軟件重點為最佳的ATBAN開發。

圖6.智慧醫療紡織品的未來趨勢。a,智慧科技的物質基礎重點領域。b,採用先進製造技術優化器件設計。c,提高智慧紡織品在實際應用中的可靠性。d,紡織電子元器件的系統級集成和優化,以改善醫療保健結果。e,智慧醫療紡織品在臨床實踐和轉化研究中的應用場景。f,在工業層面上與醫療保健紡織品規模化相關的宏觀考慮。

作者介紹

陳俊博士現任加州大學洛杉磯分校生物工程系助理教授,並創建了可穿戴生物電子實驗室,致力於以奈米科技和生物電子為基礎,以智慧織物、可穿戴器件和人體局域網為形式的,在能源、傳感、環境和醫療領域內的前沿應用研究。已經出版書籍2册,論文220多篇,其中以通信作者在Chemical Reviews(2),Chemical Society Reviews(2),Nature Materials,Nature Electronics(3),Nature Communications(2),Science Advances,Joule(3)、Matter(6)等刊物發表論文120篇餘篇。其作品七次入選《自然》和《科學》雜誌研究熱點,並被NPR、ABC、NBC、路透社、CNN、《華爾街日報》、《科學美國人》、《新聞周刊》等世界主流媒體共計1200餘次。此外,他還申請了14項美國專利,其中一項獲得了許可。他現時的H指數為80,連續20192020,2021年入選Web of Science全球高被引學者。陳俊博士現任Biosensors and Bioelectronics雜誌的副主編,也是Matter,Nano-Micro Letters、Materials Today Enregy等國際期刊的編委會成員。

陳俊博士最近獲得的獎項與榮譽包括ACS PMSE Young Investigator Award;Materials Today Rising Star Award,Fellow of International Association of Advanced Materials;Materials Thought Leaders by Azom;30 Life Sciences Leaders To Watch by Informa,UCLA Society of Hellman Fellows Award,Okawa Foundation Research Award,Advanced Materials Rising Star,ACS Nano Rising Stars Lectureship Award,Chem.Soc.Rev.Emerging Investigator Award,JMCA Emerging Investigator Award,Nanoscale Emerging Investigator Award,Frontiers in Chemistry Rising Stars,IAAM Scientist Medal,2020 Altmetric Top 100,Top 10 Science Stories of 2020 by Ontario Science Centre,Highly Cited Researchers 2020/2019/2021 in Web of Science,MINE2020 Young Scientist Excellence Award.

資料標籤: 醫療 智慧醫療
本文標題: UCLA陳俊《Nature,Electronics》綜述,用於個性化醫療的智慧織物​
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656002946293792
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