靈活且貼合佩戴者的醫療保健監測設備的越來越受到歡迎。在COVID-19大流行期間對遠程護理的需求以及傳感器精度技術進步的推動下，可穿戴健康監測設備在許多醫療保健領域得到了廣泛的應用。特別是，用于遠程醫療操作的可穿戴傳感和監測設備的開發日益增多。遠程醫療在過去幾年中發展迅速，在COVID-19大流行期間更是如此，當時醫生與患者之間的聯系非常有限，遠程醫療可以遠程監控家中的病人，從而騰出急需的床位。雖然可穿戴技術可用于臨床環境下的分析，但其潛力主要是遠程健康監測。

這些可穿戴傳感設備通常使用柔性材料，如聚合物、薄膜、二維材料和其他納米材料。健康監測設備通常由與穿戴者身體貼合的柔性材料制成，并集成了電子元件，包括傳感器、電源（電池、太陽能電池或納米發電機等能量收集器）、通信技術（向中央處理系統傳輸數據）以及任何相關電路。

要在可穿戴技術中使用小巧靈活的電子元件并非易事，這也是為什么不同的納米材料（尤其是二維材料）經常被用來制造元件的原因，因為它們既符合要求，又易于集成。但另一種方法也引起了人們的興趣：將傳感器（監控系統極關鍵的部分）直接打印到可穿戴設備上。

這些印刷傳感器有時由二維材料和其他納米材料制成，但也可以使用其他材料。將傳感器打印到可穿戴健康監測設備上，可以為更多可穿戴監測設備的商業化鋪平一條更簡單、更容易的道路，尤其是在使用傳統、廉價或易于使用的打印技術來打印傳感器的情況下。

為什么選擇印刷傳感器？

盡管有多種先進的沉積和納米沉積方法可以在可穿戴設備基底上制造薄膜傳感器（通常使用柔性和保形性良好的軟聚合物），很多生物醫學傳感器也可以使用絲網印刷技術進行制造。雖然噴墨和轉印等其他技術也可用于印刷傳感器，但絲網印刷被認為是理想的選擇。

絲網印刷設備應用廣泛，成本相對較低，而且比先進的沉積方法更容易使用，因此它為在醫療保健監測設備中使用印刷傳感器提供了更具擴展性和商業可行性的途徑。絲網印刷還可采用聚合物溶液以及導電納米材料油墨等多種材料，因此是一個多功能平臺，可印刷多種傳感器。

那么，為什么選擇印刷傳感器，而不是通過其他途徑來制造呢？絲網印刷是一種簡單、快速且高效的技術，能夠一次性印刷出大量相同的圖案。

從規模化生產和商業化潛力方面來看，絲網印刷可以輕松適應大規模生產，且與其他方法相比成本更低。

從性能角度來看，絲網印刷不僅能夠提供高分辨率圖案，還適用于大面積印刷。與傳統制造方法相比，絲網印刷可以按需在指定位置沉積材料，減少浪費，因為所有步驟只需一步即可完成，所以在大規模生產時尤為明顯。

因此，使用印刷方法會為制造帶來很多好處。除此之外，因為印刷方法不僅可以生產非常薄的傳感器，還能在設備表面進行印刷，為可穿戴健康設備賦予了更強的設計能力。這種方法比將設備集成到可穿戴設備的材料基材中要簡單得多。由于可以按需打印，您還可以創建更個性化的傳感器，并且可以更改打印過程，以制造出不同的傳感器，這比典型的制造生產線要容易得多。

與絲網印刷兼容的材料有很多。根據所創建傳感器的類型，有多種材料可供選擇。一方面，金屬都可以制成可印刷的導電油墨，用于制造傳感器。可穿戴健康傳感器常用的金屬包括金、銅、鉑、鎳、鋁和銀。除金屬外，多種納米復合材料（石墨烯、碳納米管復合材料）、功能性納米材料油墨和銀復合材料都被用作印刷可穿戴健康傳感器的活性傳感層。

傳感器還需要一個可印刷的平臺。這種平臺通常采用導電聚合物，以便傳感器更好地與皮膚和其他組件相互作用，從而提供更高的靈敏度和可靠性。PEDOT:PSS是廣泛用于印刷傳感器的聚合物平臺，其他聚合物材料還有聚乙炔、聚吡咯、聚苯、聚對苯二甲乙烯和聚噻吩聚苯胺。

醫療保健監控應用中備受關注的印刷傳感器

正如許多材料可用于制造印刷傳感器一樣，也有很多印刷傳感器也可用于健康監測設備。以應變傳感器為例，此可穿戴傳感器可測量運動形式，用于人體生理信號和人體關節運動監測。

另一種醫療保健專用傳感器可測量不同的生物分子和人體信號。非應變傳感器可直接檢測目標生物分子，或通過直接測量患者表現出的生理參數來檢測目標生物分子。從分子傳感的角度來看，可以檢測到血液中的許多生物分子，包括葡萄糖水平以及人體皮膚上的汗液等常見的生物分子。從信號檢測的角度來看，印刷傳感器現在可以檢測患者的呼吸和心跳水平，并提供遠程心電圖（ECG）監測。

傳感器陣列也是一種可穿戴設備用印刷傳感器。在傳感器陣列中，會同時借助多個傳感器一起檢測更復雜或需要從多個刺激角度進行分析的問題。傳感器陣列有助于監測行走步態、輪椅使用者的坐姿以及皮膚。

此外，可穿戴健康設備用溫度印刷傳感器的開發也取得了進展。熱感應是疾病檢測的關鍵領域，因為當人體出現疾病時，身體會承受熱應力，皮溫和體溫的升高可能是嚴重疾病的主要警示信號。借助溫度印刷傳感器，可穿戴健康設備可以檢測一系列慢性疾病，如心血管疾病、糖尿病、肺病以及癌癥。

結語

健康監測可穿戴設備作為一種遠程測量患者多項健康指標的有效方式，正在被越來越多的人接受。這些可穿戴設備中非常重要的部分是對患者進行分析的傳感系統。為了讓患者愿意長時間佩戴健康監測設備，傳感器和其他可穿戴組件都需要可以彎曲。雖然可以集成柔性傳感器（例如，通過使用薄納米材料），但在設備表面打印傳感器要容易得多，所需材料更少，可擴展性也更好。

市面上已經出現了各種印刷可穿戴健康設備（商業和學術領域）。文中所討論的印刷方法有助于可穿戴健康設備的廣泛普及。雖然有許多選擇，但絲網印刷是當前主要的印刷技術，因為它用途廣泛，可與多種材料配合使用，以創建監測從心率到疾病風險檢測、血液中不同生物分子等不同健康狀況的傳感器。