医疗可穿戴设备的发展历史综述

本文是由Sheikh M. A. Iqbal, Imadeldin Mahgoub, E Du, Mary Ann Leavitt 和 Waseem Asghar 于2021年4月份发布在Nature杂志上，关于医疗可穿戴设备的发展历史综述回顾，有助于帮助我们理解可穿戴设备在医疗健康和健康管理可以发挥的作用。以下为中文翻译版，原文地址：https://www.nature.com/articles/s41528-021-00107-x

特别说明：由于大多平台不支持上标形式，文章中常会带有和主体内容平行的引用数字。比如“慢性病占全世界所有死亡人数的四分之三（75％），并给经济造成了沉重负担1”，其中最后的数字“1”，表示引用文献1。

1.概述

可穿戴设备已在医疗保健领域得到广泛应用，从诸如心血管疾病，高血压和肌肉疾病等生理疾病到如帕金森氏病，阿尔茨海默氏病和其他心理疾病的神经认知障碍。不同类型的可穿戴设备被用于实现这些目的，例如基于皮肤的可穿戴设备，包括基于纹身的可穿戴设备，基于纺织品的可穿戴设备和基于生物流体的可穿戴设备。最近，可穿戴设备作为药物输送系统也显示出令人鼓舞的改进；它因此增强了其对实现个性化医疗的影响。在将这些可穿戴设备作为完全个性化的医疗保健系统商业化之前，需要解决它们面临的一些固有挑战。本文回顾了当前在医疗保健领域中使用的不同类型的可穿戴设备。并着重总结了它们在监测不同疾病以及用于诊断和治疗目的的医疗可穿戴设备(HWDs)应用的功效。此外，还回顾了这些可穿戴设备在当前医疗领域遇到的挑战和局限，以及它们未来的发展前景。

2.介绍

连续和实时监控对于更好地管理慢性疾病（包括心血管疾病，糖尿病和神经系统疾病）的患者至关重要。根据世界卫生组织（WHO）的数据，慢性病占全世界所有死亡人数的四分之三（75％），并给经济造成了沉重负担1。因此，监测和诊断此类疾病需要不同的策略，而在这方面，有效的策略是HWDs 2。可穿戴设备被定义为穿戴在人体或衣服上的设备3。它们由一个目标接收器和一个传感器组成。接收器识别目标分析物并作出相应反应4。然后，传感器将接收器的响应转换为有用的信号5。多项研究报告了可穿戴设备在不同领域的应用；结论是，这些设备由于其柔性和顺应性而在医疗保健领域显示出令人鼓舞的结果。这些可穿戴设备提供了对人体内部变化的更好理解，并有助于预防和治疗疾病。

在将生物传感器集成到可穿戴式传感器之前，它们最初被用作侵入性设备，用于受控的实验室设置。1956年，被称为“生物传感器之父”的利兰德·克拉克（Leland C. Clark）率先使用电极检测血液中的氧气水平5。该设备旨在在心血管外科手术期间连续实时地检测手术室环境中的氧气。后来出于医疗保健目的引入电极，Guilbault和Montalvo，Jr 5于1969年发现了用于检测尿素的电位生物传感器。引入医疗电极后，1975年第一台基于Leland C. Clark的电化学生物传感器的葡萄糖分析仪实现了商业化6。随着电子的微型化，微纳电子学和材料科学的发展，集成的HWDs应运而生。这些HWDs由用于采集，处理和共享数据的电子设备组成。传统的刚性和重型电子设备，例如印刷电路板（PCB）不适用于HWDs，因此，近年来，电子设备在材料，制造技术，处理电路和收发器方面取得了重大进步，以提高其与HWDs的适应性。HWDs材料的最新进展包括生物相容性柔性材料，例如，聚萘二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），Ecoflex和聚二甲基硅氧烷（PDMS），硅基材料和薄膜聚合物，2，7，8。这些材料具有很高的柔韧性和可拉伸性，使其成为HWDs的合适基材。Ecoflex和PDMS的伸长极限分别为900％和400％，其中Ecoflex的杨氏模量接近人体皮肤7。与传统设备相比，这些柔性电子设备不仅成本低廉，而且在功耗方面也具有低能耗，从而可以长时间不间断地获取数据。随着蓝牙，近场通信（NFC），Wi-Fi和无线人体局域网（WBAN）等通信模块的出现，HWDs可以实时可视化和共享数据 9。这些HWDs有助于测量不同的参数和生物电势。这些生物电势包括衡量心脏性能指标的心电图（ECG）和衡量大脑活动指标的脑电图（EEG），衡量肌肉对神经刺激产生反应的活性指标的肌电图（EMG），以及记录眼动的眼电图（EOG）。这些HWDs被广泛用作非侵入性设备，尤其是在即时医疗（POC）中。此外，可穿戴设备的非侵入性使治疗程序变得简单，并降低了感染的风险，而这种感染以前与血液有关10。

POC可穿戴设备通过减少去医院的负荷，以及提供更可靠和及时的信息彻底改变了医疗系统10，11。为了达到这个目的，不同类型的可穿戴设备已经在使用，例如，基于表皮穿戴式的，柔性可穿戴设备，和基于织物的穿戴式5，6。可穿戴设备可用于不同的身体部位，例如，基于头部的可穿戴设备，基于眼睛的可穿戴设备和基于腕部的可穿戴设备12。这些可穿戴设备可以通过监控不同的心理和生理参数来诊断不同疾病13。事实上，可穿戴设备可以与不同的采样平台集成，用于监测体液例如唾液，血液，尿，汗液等不同的化学参数6，7。此外，与传统的药物传递系统相比，这些HWDs可以以更可控、更高效的方式传递药物14，15，16。

本文综述了不同类型的可穿戴设备，包括不同的非侵入性可穿戴设备(包括基于皮肤的可穿戴设备)，基于生物流体的可穿戴设备(包括唾液、尿液和眼泪)，以及可穿戴设备在药物传递系统中的应用。基于皮肤的HWDs进一步分为基于纺织的HWDs和基于纹身的HWDs，如图1所示。它强调了它们在监测不同疾病和用于诊断和治疗目的的水和水化合物的应用方面的功效。本文还比较了一些重要的商用HWDs。此外，还回顾了这些可穿戴设备在医疗保健领域的挑战和限制，以及它们的未来前景。

图1：医疗可穿戴设备（HWDs）的分类

3.基于皮肤的可穿戴设备

由于皮肤覆盖了人体的大部分区域，因此它是无创医疗可穿戴设备的最佳模式。基于皮肤的可穿戴设备可用于生理和心理监测，这对治疗不同疾病至关重要，例如心血管和神经肌肉疾病。另外，它还可以通过定性和定量分析皮肤分泌物（例如汗液），实现各种疾病地诊断。根据皮肤接触的类型，基于皮肤的可穿戴设备可以是基于纺织的或基于表皮的。基于纺织品的可穿戴设备涉及在衣服中嵌入基本传感器，而基于表皮的可穿戴设备涉及将可穿戴设备直接附着在皮肤上，如纹身，通常被称为电子皮肤(e-skin)。以下各节重点介绍了纺织类和纹身类卫生保健产品在监测和诊断不同疾病方面的应用。

3.1 基于纺织的HWDs

纺织品已经存在了数百年且已经被大规模使用。传统上，人们认为纺织品和服装是为了保暖和美观。由于其可获得性和舒适性，它们可用于检测的重要参数，如体温，心脏速率和呼吸速率17，18。此类HWDs通常被称为电子纺织品（electronic textiles 或 e-textiles）。电子纺织品是嵌入传感器和导电材料的衣服。纺织品的可拉伸性和与皮肤的大规模接触使其成为HWDs的最佳介质19。随着石墨烯，碳纳米管和纳米线的出现，人们努力将传感器集成到衣服中进行连续监测20，21，22。Yapici等人的论文就是其中之一。他们开发了一种基于纺织品的智能HWDs来监控ECG 23。传统上，心电图是使用基于凝胶的Ag / AgCl电极电缆来实现监控的，这种电缆对穿戴者来说并不舒服。对于基于纺织品的ECG监测，已将石墨烯化的布料嵌入了ECG传感器中23。石墨烯因为其优异的材料性能以及与常规基于凝胶的ECG监测的高度相关性24，已被用于实现此目的。传统的Ag / AgCl电极与ECG HWDs的比较如图2a所示23。可以看出，石墨烯化的纺织电极与常规的Ag / AgCl ECG电极高度相关，最大相关性为97.0％23。但是，用于ECG的石墨烯化电子纺织电极的电极皮肤阻抗（87.5–55kΩ）比传统的Ag / AgCl电极（50.9–20kΩ）高，这会使ECG失真，并需要缓冲放大器和自适应过滤器等附加组件23。同样的，Arquilla等使用了带有纺织电极的HWDs进行ECG监测测试25。他们开发了一种基于胸部的ECG系统，方法是将ECG电极缝到纺织品上，而不是使用凝胶电极。该传感器系统已应用于八个不同的受试者（五名男性和三名女性），以验证基于纺织品的ECG相比于传统基于凝胶的ECG电极的准确性。这两个系统的心电图的心率和R–R间隔之间的差异很小，如图2b–d所示。 R–R间隔的心率差异的统计参数为t = −0.70且p > 0.5和t = 1.43且p > 0.1，且相关系数为0.94 25。但是，此ECG传感器尚未在移动过程中进行测试，因为在保持皮肤电极接触方面存在相当大的挑战，对于连续的ECG监测来说是一定会遇到的问题25。

图2：基于纺织品的HWDs，用于测量重要的生物信号，例如ECG，EEG和EMG

a 基于Ag / AgCl电极和ECG HWD 的ECG信号比较。经Yapici等人许可使用。23版权所有©Sensors，2017 b 基于纺织ECG电极 c，d ECG VS 基于织物的ECG电极的时间曲线图。经Arquilla等人许可使用25，版权所有©Sensors，2020年。e E-TeCS可与衬衫上的传感器配合使用。经Wicaksono等人许可使用26，版权所有©npj Flexible Electronics，2020年。f 基于多传感器纺织品电极的EEG和汗液速率测量。g 纺织品电极的比较，如f中所示，带有传统的EEG电极，可在闭眼期间检测阿尔法心律。经Gao等人许可转载28，版权所有©IEEE传感器杂志，2020年。h 可穿戴肌电图监测衬衫。经Pino等人许可使用30，版权所有©2018年IEEE医学与生物学工程学会IEEE会议。

此外，Wicaksono等还开发了一种电子纺织品舒适套装（E-TeCS），如图2e 26所示。E-TeCS使用惯性感应能够以0.1°C的精确度对皮肤进行温度感测，以0.0012 -2的精确度提供心脏和呼吸频率信息26。此外，对E-TeCS进行了可洗性和可降解性测试后，发现其具有高硬度，并且在多达十个洗涤周期后均未出现剥落或变色现象，这使其非常适合日常使用。同样，也可以将HWDs的使用扩展到其他双电位信号如EEG和EOG，用于诊断和治疗不同的疾病27。Gao等已经开发了一种基于纺织品的多感官HWDs，用于同时检测额头EEG和出汗率28，如图2f 28所示。该可穿戴设备利用银（Ag）作为嵌入纺织品电极内部的导电材料来记录EEG 。可穿戴式多传感器包括一个EEG记录模块和用于相对湿度测量的SHT20芯片。它具有八个通道，允许使用不同的电极独立记录EEG，相对湿度用于间接测量出汗率。将多传感器HWDs与基于Ag湿电极的传统EEG测量进行了比较，发现它们高度相关。图2g显示了闭着眼睛获得alpha波的结果及其功率谱密度（PSD）。alpha节律是标准的脑电反应，频率范围为8到15 Hz，通常在闭眼时更为明显。在闭眼和睁眼条件下，两个电极之间的相关系数分别为93.04％和81.69％。但是，与标准Ag湿电极相比，在汗液存在的情况下多传感器HWDs的皮肤电极阻抗从30–20kΩ降低到6kΩ，而标准Ag湿电极与保持着与汗液无关的较小皮肤电极阻抗28。此外，嵌入在纺织品内部的电极也可用于EMG，该EMG可测量肌肉响应神经刺激而产生的电信号，可用于检测肌肉或运动神经元异常29。Pino等已经提出了一种用于监测肌电图的可穿戴式衬衫，可在运动中提供基本的反馈30。可穿戴式衬衫如图2h所示，它由六个嵌入在衬衫内部的干电极组成，以测量EMG信号。使用蓝牙可将这些EMG信号发送到监视系统以进行信号处理。系统在肌肉疲劳的情况下发送警报，该警报使用Dimitrov疲劳指数（FI）计算得出31。

由于皮肤和HWD之间的接触松散，基于纺织品的HWDs的结果会失真。这需要对原始数据进行额外的信号处理技术以获取干净的信号。此外，基于纺织品的HWDs虽然提供舒适性以及对佩戴者实时和连续监测的同时，但由于涉及生物可识别的分子，其稳定性随着反复洗涤而降低。基于纺织品的HWD所涉及的不稳定性可以通过基于纹身的HWD得以部分解决。

3.2 基于电子皮肤或纹身的HWDs

传统上，纹身因其柔韧性和顺应性而被视为一种人体艺术。这些属性可用于监视和诊断目的。当前，电子皮肤被广泛用于检测电参数和物理参数，例如ECG，EEG和EMG。其中，由于心电振幅高，约为1 mV，因此最易于检测。这允许通过皮肤准确，无创地检测心脏信号32。在心动过速和心动过缓等心血管心律失常中，心电图是诊断和治疗的第一参考点。如前所述，传统的ECG监护仪需要将基于凝胶的电极电缆与外部电子仪器连接在一起以进行信号采集，因此佩戴者可能会感到不舒服。此外，这些ECG监护仪大多用于受控实验室或医院环境，因此无法一直随身携带。许多患有心脏病的患者将从不断监测其心律中受益，但每天去医院就诊会带来经济和时间安排上的负担。此外，基于纹身的ECG监控系统由于其小型化和可拉伸性，可以解决基于纺织品的ECG监控器的不稳定性和敏感性问题。它们对于穿戴者来说也更加灵活和舒适。Ameri等人描述了一个基于纹身的HWDs ECG监护仪的典型例子，如图3a 所示33。它由建立在石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯（Gr / PMMA）双层基板上的小型化电子组件组成。石墨烯电子纹身（GET）使用湿转移，干图案化方法制造，厚度为463±30 nm，具有约85％的光学透明性和超过40％的可拉伸性。高拉伸性和光学透明性使它足够轻，可以像纹身一样浮雕在皮肤上。它可以利用范德华力与皮肤结合，从而使佩戴者无需佩戴机械设备。GET是一个综合的表皮电子系统，可有效用于不同的生物电势监测，如ECG，EMG和EEG，如图3a–d 所示33。该HWD报告了一种干净的ECG，具有高信噪比，可与传统的基于块状凝胶的电极相媲美。该模块还可以通过将其压印在身体的不同部位上来处理其他电生理参数，例如EEG和EMG。图3a–d显示了从胸部采集的ECG，从前臂采集的EMG，以及从前额采集的EEG中检测到alpha节律的存在。而且，它可保持52小时内具有与银电极相当的低皮肤阻抗。但是，在应用96小时后，在测试过程中开始出现裂纹，这增加了其皮肤阻抗，使其不适合进一步使用33。

图3：基于电子皮肤的HWD

此外，Dae等人使用自供电的压电传感器连续实时监测动脉搏动34。动脉脉搏是测量心脏收缩率的指标，收缩率是心输出量(心率×每搏量)的一个组成部分34，35。压电传感器将动脉脉冲产生的压力转换为电脉冲。及时检测心房搏动异常可以预防严重的心脏病。监测动脉压可以为心肌和血液疾病诊断提供帮助36，37。这种基于纹身的自供电HWD本质上是POC，可降低常规动脉监护仪所需的高功耗。此外，如果使用智能手机在动脉压力信号中检测到任何异常，则可以无线共享数据。它利用BaTiO 3和Pb [Zr x，Ti 1-x ] O 3（PZT）这些微机电传感器的活性材料，因为它们具有较高的压电系数。利用激光发射技术(ILLO)在塑料表面覆盖一层薄薄的PZT，这是一种将聚合物转移到表面的无机技术38。超薄的PZT层附着在表皮上，并对动脉脉冲的变化作出反应。采用自供电PZT传感器可检测运动前后的动脉搏动。运动前动脉脉搏Vpp为81.5 mV，运动后振幅为100 mV，由于运动后心率增加，增加22%。同样的可穿戴设备被用于监测人类呼吸活动、气管运动和心率的实验。这些实验表明，灵敏度为≈0.018 kPa−1，响应时间为≈60 ms，具有良好的机械稳定性。然而，这种自供电的纹身需要生物相容性压电材料进行临床试验34。

此外，据估计全世界有超过十亿人患有高血压（BP）。在十亿人口中，三分之二位于发展中国家，这些国家也缺乏足够的医疗设施39。对于这些患者，每日血压监测至关重要，因为高血压通常是无症状的。由于缺乏监测，高血压是全世界导致过早死亡的主要原因之一39。传统上，BP监测仪是基于一种充气袖口的听诊技术，在第一和第五声Korotkoff音上进行监测40。这可测量收缩压（SBP）（代表心肌收缩时动脉压力）和舒张压（DBP）（代表心肌舒张时压力）40。准确的BP测量需要训练有素的技术人员，这对实现WHO到2025年高血压降低25％的目标提出了挑战。但是，HWDs可以为POC设置提供一个合适的可穿戴设备，以帮助实现上述目标。Luo等人开发了一种无袖式血压测量装置，利用基于纹身的HWD实时连续测量血压41。HWD将薄型柔性压电传感器（FPS）与表皮ECG传感器集成在一起，用于无袖带测量BP，比传统的舒适性要舒适得多。这种贴片利用心电图和一个参数模型进行逐拍血压测量，它对表皮生理信号的微小变化非常敏感。利用压电贴片可获得表皮信号和心电信号，同时得到收缩压和舒张。通过对常规基于袖带的BP监护仪和无袖带BP HWD的平均BP值进行了评估，发现它们具有可比性。常规基于袖带的BP监护仪显示SBP = 123.8±5.7 mmHg和DBP = 86.8±4.4 mmHg，而无袖带的BP HWD显示SBP = 130.3±0.5 mmHg和DBP = 86.5±0.5 mmHg。这些结果表明，无袖BP穿戴式设备与常规BP监护仪的SBP和DBP值均具有高度相关性。此外，与基于光电体积描记（PPG）的设备消耗数十毫瓦功率相比，该贴片仅使用3 nW的功率，从而使其更适合中低收入国家的家庭环境中，以及更高效41，42，43。

3.3 其他具有竞争力的基于皮肤的HWDs，包括可穿戴背心、智能戒指和耳机

还有其他基于皮肤的生物传感器，它们不是基于纺织品或纹身的。各种腕带，例如智能手表，可穿戴背心，皮肤贴片和可植入HWD，都使用不同的监测生物标记。Schreiner等人和伦纳德等人通过使用可替代可穿戴技术监测呼吸频率，这是许多呼吸和心血管疾病的关键参数35，44。Schreiner等人提出了一种基于胸部的可穿戴设备，使用脉搏血氧仪监测呼吸频率44。同样，心力衰竭是另一种临床综合征，需要持续监测。心力衰竭是一种结构异常，导致心脏无法泵出足够的血液来满足身体需求。全球约有2600万人患有心力衰竭45。心力衰竭需要实时、连续的监测，这增加了经济负担。HWDs可促进此类患者的日常监测。据报道，许多HWDs不仅可以诊断或监测心力衰竭，而且可以在它发生前几天预测它31,44,46,47,48。Hafid等人提出了一种可穿戴系统来预测心衰，使用多种参数，如胸阻抗、心率、心电图和血氧水平48。所有这些参数均采用电子电路进行无创测量，其原理图如图4a所示。最重要的参数可能是胸阻抗，它是由于体液在人体胸区滞留而对离子流动的阻力的测量值49。在患者出现呼吸急促等心衰症状的前几天，肺部会有液体滞留，从而降低胸阻抗48。可穿戴系统可以跟踪胸阻抗和其他参数，包括心率、心电图和血氧水平。如果各自的值超过安全阈值，HWDs通过云服务器向佩戴者和医疗提供商发送无线传输，生成警报。然后，临床医生可以采取必要的干预措施。然而，预后模块的功耗低，需要8小时才能充满电，且只能连续测量5小时，这限制了其作为HWDs在任何时候进行连续监测的效用48。与此类似，另一款HWD名为Oura Ring，它可以监测佩戴者的关键生理参数，帮助佩戴者获得安稳的睡眠。Oura环是一种金属环，如图4b所示，带有微型传感器，用于监测心率、体温和呼吸等生理参数51。这些参数可以用于监测感冒、流感甚至新型冠状病毒2019 (SARS-CoV-2)等疾病。2003年爆发严重急性呼吸系统综合征(SARS)， 2012年爆发中东呼吸系统综合征(MERS);SARS-CoV-2是第三种也是最新的冠状病毒52,53。SARS-CoV-2目前已成为全球大流行，全球有6600万病例和154万人死亡54。Oura Ring利用上述参数在家庭环境中检测SARS-CoV-2的潜在症状。这款可穿戴环能够检测出常见的SARS-CoV-2症状，如发烧、咳嗽、疲劳和呼吸困难，准确率高达90% 55。此外，根据使用情况，该戒指的电池续航时间为4-7天，充电仅需20-80分钟。

图4：其他具有竞争性的基于皮肤的HWD

a一心力衰竭预测系统的示意图。经Hafid等人许可使用48，版权所有©IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics，2018。b带有微型传感器的Oura环可诊断不同的疾病。许可转载50，版权所有©Oura Ring，2020年。c传感器用于检测PD的运动迟缓和震颤的功能定位。经Lonini等人许可转载71，版权所有©npj Digital Medicine，2018年。d用于便携式采集EEG的耳机，左耳上的参考电极和接地电极，右耳上的源电极。e使用来自HWD的EEG区分困倦和清醒状态的功率谱密度(PSD)，如d所示。经Lee et al.许可复制78，版权所有©ACS Applied Materials and Interface，2018。

口腔中也有HWDs。Kim等人已经开发了一种监测唾液尿酸的护齿器57。同样，Mannoor等人已经开发了一种用于检测牙釉质上细菌的口腔HWD58。HWDs基于石墨烯，由于其高强度（42 Nm -1）和杨氏模量（〜1 TPa）59。在石墨烯上可以探测抗菌肽（AMPs），从而实现在单个细胞水平上检测细菌。此外，谐振线圈排除了对外部电源的需求，从而使其能够小型化并提高了功率效率。这些研究报告了一种常见于人类和温血动物肠道中的食源性大肠杆菌(E. coli)感染结果60。如果食物被大肠杆菌污染，会导致严重疾病，例如肠胃炎（食物中毒） 61。基于石墨烯的纳米传感器附着在牙齿上，可以基于其电阻的变化远程监测呼吸状态和唾液细菌58。由于Odorranin-HP AMP对这种生物具有很强的活性，因此已被探测用于检测大肠杆菌。大肠杆菌与固定了AMP的石墨烯结合后，石墨烯的电阻就会降低，并有助于检测大肠杆菌，检出限为1个细菌μL [-1 58。对于此研究发现的大肠杆菌，最终用荧光图像证明结果是合理的。类似的实验也用于检测幽门螺杆菌(H. pylori)，一种通常在唾液和胃中发现的革兰氏阴性细菌。幽门螺旋杆菌是90%以上胃癌和十二指肠溃疡的主要原因之一62，63。牙釉质HWD检测H. pylori的下限为100个H. pylori细胞，与H. pylori的对数浓度呈线性关系。

此外，还可以通过连续监控有效地管理神经系统疾病。EEG，EOG和运动监控可用于诊断和跟踪严重的神经系统疾病，例如癫痫病，帕金森氏病（PD）和阿尔茨海默氏病（AD）。像眼用穿戴设备这样的HWDs可以使用EOG 间接检测神经系统疾病64。穿戴式传感器已用于监测患者的PD 65，66。PD是一种神经系统疾病，涉及肌肉强直，运动迟缓或动作缓慢症状67。它是继阿尔茨海默氏病之后第二大最常见的退行性疾病，据估计全世界有1000万人受到PD的影响 68,69。Lima等人已经使用身体跌倒传感器来量化家庭环境中PD患者跌倒的可能性。研究表明，与健康人相比，PD患者的跌倒比率几乎翻了一番70。同样，Lonini等人还开发了基于机器学习算法的用于检测PD症状，如运动迟缓和震颤（不自主运动）的智能系统71，72。如图4c 71所示，使用了不同的运动传感器，如加速度计，陀螺仪，肌电图和惯性传感器。为了检测上述症状，受试者在一段时间内执行了不同的任务，例如打字和行走。使用基于统计集合的机器学习算法以及卷积神经网络，临床医生可以检测运动迟缓和震颤。然而，这项研究的参与者数量有限(19名)，因此无法推断出关于检测运动障碍(自主运动受损)的一般性结论，这是帕金森病的另一个重要症状71，73。同样，痴呆症是另一种神经系统疾病，其特征是记忆力减退和难以解决问题。全世界有5000万例痴呆病例，每年有1000万新发痴呆病例74，75。阿尔茨海默氏病是痴呆的最常见形式。痴呆症患者中近60–70％被诊断患有阿尔茨海默氏病74。监测重要时刻可以帮助支持痴呆症患者的护理，并且可以将HWDs用于此目的。Kwan等提出了一种基于智能辅助技术（IAT）的可穿戴设备，其中IAT是一种自适应和辅助技术，并与先进的人工智能环境技术（AI）集成在一起76。可穿戴设备是根据个人的生理反应量身定制的77。这些生理反应包括心率，负责情绪唤醒的皮肤活动和皮肤温度。这些信号是使用自主神经系统（ANS）和三点传感器（TPS）提取的，可以使用Velcro绑带戴在指尖上。IAT根据其生理反应来检测重要的情绪事件，并向痴呆症患者提供反馈。考虑到脑电图在日常工作中的重要性，Lee等人已经开发了便携式和灵活的耳机，用于脑电图的采集78。耳机由碳纳米管(CNTs)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和银纳米线(AgNW)的混合物组成的三个电极(参考电极、源电极和地电极)，如图4d78所示。耳机被封装在一个塑料框架中，其中包含电子设备，例如导电弹性体，信号传感器和带有软耳塞的金属条，以便在听音乐的同时记录EEG。耳机通过三电极系统成功地区分了睡意状态与清醒状态，并通过蓝牙将结果传输到智能手机，如图4e所示。然而，由于耳机在与音乐的串音中测量脑电图，脑电图信号具有低信噪比(SNR)，因此需要附加的放大器和后信号处理技术来增强信号78。

4.基于生物流体的HWDs

汗液，唾液，眼泪和尿液等人体分泌物含有重要的生物标志物，对于监测和诊断是必不可少的。HWDs可以直接使用或通过与其他平台集成使用，例如，可以集成微流体平台以从不同的生物流体中提取有用的信息79。不同材料的微流体平台可用于HWDs，例如基于聚合物的微流体装置，基于纸张的微流体装置，以及被称为微针的微尺寸针头80，81。以下各节重点介绍了根据生物流体类型分类的基于生物流体的HWDs的最新研究成果。

4.1 基于汗水的HWDs

表皮生物液（如汗液）是人体内部变化的重要指标，可作为化学和生物传感的重要参数。汗液由不同的生物标志物组成，例如代谢物(如葡萄糖、乳酸、尿素等)、蛋白质、核苷酸和电解质(如氯、钠等)，这些都具有重要的诊断意义32。汗液很容易用于化学感应，分布在皮肤上的汗腺超过100(cm-2) 32。因此，汗液可用于提取不同的化学和生物参数，利用HWDs在POC设备中提供监测和诊断82。Koh等人开发了一种基于微流体的灵活、柔软和可伸缩的装置，用于汗液生物标志物的比色传感，如图5a83所示。这种HWDs能够定量电解质，如氯离子和水合氢离子，这对监测囊性纤维化至关重要。囊性纤维化是一种慢性遗传性疾病，通过形成一种可以阻塞肺部和胰脏的厚粘液，影响呼吸和消化系统84。囊性纤维化患者的寿命往往比健康人短85。微流控HWDs还可以提供葡萄糖和乳酸水平的定量，这对pH、排汗率和总排汗异常的糖尿病患者是必不可少的。当汗液开始分泌时，汗液会被转移到微流体储罐中。在那里，显色试剂，如葡萄糖氧化物和辣根过氧化物(HRP)的混合物，会对上述的生物标记物产生反应。可以使用智能手机捕捉化学分析物颜色变化的图像，用于氯离子、水合氢离子、葡萄糖和乳酸水平的浓度定量，如图5b83、86和87所示。HWDs可以连续测量上述电解质的浓度，与实验室分析的汗液非常一致。他们已经展示了可弯曲的微流体HWDs，用于人类在受控环境下的健身周期研究和户外长距离自行车比赛，证明了微流体HWDs在现实生活和干燥条件下没有液体泄漏和任何不适。以PDMS为材料，利用软光刻技术制作微流控装置83。软光刻技术提供了亚微米级的高分辨率，由于其简单和灵活，它已被广泛用于制造生物传感器83,88,89。然而，这是一个劳动密集型和手工操作的过程88。

图5：基于生物流体的HWD

a通过智能手机拍摄的图像对汗水进行比色分析。b使用HWDs定量a中氯离子、水合氢离子、葡萄糖和乳酸水平。83经Koh等人许可转载，版权所有©Science Translational Medicine, 2016。c皮肤样柔软可穿戴微流控平台，用于检测汗水中的不同分析物。经Choi等人许可转载，版权所有©Advanced Healthcare Materials, 2017。d.c中所示的HWD不同身体部位和不同腔室的钠、钾和乳酸浓度。90经Choi等人许可转载，版权所有©Advanced Healthcare Materials,2017。e使用智能手机监测糖尿病的智能隐形眼镜。经Lin等人许可转载98，版权所有©Sensors,2018。

Choi等人开发了一种基于HWDs的类似软微流控技术，该技术使用微储层检测汗液中的钠、钾和乳酸浓度及其时间变化90。如图5c所示，该可穿戴设备是一种类似皮肤的柔性微流控平台，以0.60 μL min−1的速率，在0.8分钟的出汗时间内从0.03 cm2的皮肤中获取1.8 μL体积的汗水。图5d显示了不同身体位置和可穿戴设备不同室中钠、钾和乳酸的不同浓度。这些分析物的浓度在身体的不同时间和不同位置上显示出不同，并为可穿戴设备的汗液分析提供最佳空间位置。基于纸张的微流控装置，通常称为基于纸张的微流控分析装置 (µPADs)，是制备基于生物流体的HWDs的另一种有前景的技术。µPADs具有生物相容性、低成本和高毛细管活性91、92。Anastasova等人的汗液监测多传感贴片是用µPADs制作的91。该贴片由直径50 μm的微针组成，使用钠离子测量乳酸浓度，pH值，使用安培传感器测量温度。对pH和钠离子的灵敏度分别为71.90±0.8 mV单位−1和56±1 mV单位−1，响应时间约为90 s。这款可穿戴设备可以通过无线传输数据，在家庭环境中实时监测出汗情况。同时，贴片的整体厚度低至180µm，双面粘附，确保贴片与皮肤的牢固粘附。另一个值得注意的µPADs是智能可穿戴汗贴(SWSP)传感器92。SWSP由纸张衬底、荧光传感探针和微通道组成92。这些微通道由棉花组成，用来吸收皮肤上的汗水，并将其传送到传感探针，以量化分析物。HWDs通过智能手机定量分析每个分析物的荧光强度来测量汗液中葡萄糖、乳酸和氯离子浓度92。该装置为汗液中上述分析物提供了良好的统计结果，检测限为7 μm、0.4 mM和5 mM，葡萄糖、乳酸和氯离子的相关系数分别为0.990、0.988和0.994。该设备成本低(~ 0.3美元)，但不能用于实时测量上述分析物的浓度92。

4.2 基于眼泪的HWDs

泪液是另一种重要的生物液体，用于诊断和监测不同的疾病。其中一种疾病是糖尿病，目前已经有一些HWDs用于诊断它。糖尿病是一种慢性代谢性疾病，血糖或血糖水平升高，可导致严重损害心脏、眼睛、肾脏、神经和血管93。到2020年，全球糖尿病患者已从1.08亿增加到4.63亿，如果不采取必要的干预措施，预计糖尿病患者数量将增加，特别是在中低收入国家93,94。根据世卫组织的建议，预防糖尿病并发症包括健康的生活方式，并持续监测血糖水平。传统的便携式血糖仪是用来测量血液中葡萄糖浓度的。然而，它导致病人手指的不适，并可能导致与血液病原体相关的感染。尿液也可以用于血糖测量，然而，它很难处理，并在家庭中会遇到一些限制。HWDs为测量血糖提供了一种方便、舒适的可穿戴设备，可以用泪液代替血液和尿液来测量血糖。Sen等人测量了泪液样本中的葡萄糖浓度，并将其与血液样本中的葡萄糖浓度相关联，从而证明了泪液对葡萄糖测量的有效性95。研究表明，糖尿病患者眼泪中的葡萄糖水平比健康个体的血液和尿液样本要高得多。因此，人们在过去开发了其他几种利用眼泪测量葡萄糖的HWDs。值得注意的例子是商业化产品，如Triggerfish监测青光眼患者的眼压，谷歌与Novarti合作用于诊断糖尿病的Google lens 96 97。Lin等人已经开发出一种智能隐形眼镜，用于使用眼泪连续监测和诊断糖尿病98。该眼镜由非酶苯基硼酸(PBA)和单体甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)组成。它利用了PBA-HEMA隐形眼镜与葡萄糖的可逆共价相互作用，用于监测糖尿病。PBA-HEMA隐形眼镜在葡萄糖存在时膨胀，从而增加其厚度。如图5e98所示，随着葡萄糖水平的增加，隐形眼镜厚度同时呈线性增加。HWD在检测葡萄糖方面表现出了极好的一致性98。可以看出，在15分钟内，随着葡萄糖浓度从0增加到20 mM，晶状体的厚度呈线性增加。这种隐形眼镜不需要嵌入电源电路和额外的光电传感器；然而，它仅仅利用智能手机来检测镜头厚度的变化。智能手机捕捉智能眼镜上发光二极管反射的光线，然后使用内置的软件对捕获的图像进行分析，以检测血糖水平，如图5e98所示。这种隐形眼镜的无创特性以及与智能手机的集成，使其成为家庭监测糖尿病的合适传感器。该晶体重量轻，灵活，透明，以确保患者的视力没有障碍。此外，与智能手机的集成确保了HWD的可移植性，提高了患者对HWD的依从性98。

如前所述，基于微流体的设备为基于生物流体的HWDs提供了低成本和合适的平台；然而，它们也有固有的局限性。这些限制包括流体泄漏、污染和由于碎屑造成的堵塞，以及有限的柔性材料使其对佩戴者不方便99。然而，有了更灵活的材料和足够的流量优化，可以克服这些挑战，以制造低成本的微流体型HWDs。

5.穿戴式药物输送系统

如前所述，由于材料的进步，生物可降解和生物兼容的材料变得可用。这些材料可用于药物传递系统，以受控的方式传递药物101,102。一种给药应用是贝美前列素，它使用聚丙烯制成的眼环治疗青光眼101。青光眼是一种损害视神经的眼病，是世界范围内导致失明的主要原因。贝美前列素是一种通常用于治疗青光眼的药物，但其使用的波动会使其疗效最小化。因此，被硅基双前列素基质覆盖的眼环以可控的方式缓慢释放双前列素，如图6a所示。类似地，Al-Shahbazi等人已经开发了一种可自愈、可塑形的口香糖，用于个性化药物递送104。这个口香糖由聚乙烯醇(PVA)和单宁酸(TA)两种材料组成，统称为PATA，属于对人类友好的一类材料，是一种生物活性材料。如图6b所示，所开发的高分子胶具有较高的强度、拉伸性、柔韧性、韧性和自愈合性能。人们发现，这种口香糖具有抗菌和消炎的特性，而且足够柔韧，可以塑造成适合用于可穿戴设备的任何形状。

图6:药物传输HWDs

a用于治疗青光眼的眼环。转载自Brandt等人的许可101，版权所有©American Academy of Ophthalmology, 2017。b PATA生物材料制成的自愈胶。c口香糖，图b用药物填充并在口腔内治疗。经Al-Shahbazi等人许可复制104，Copyright©Journal of Materials Chemistry B, 2020。d触觉驱动经皮给药工作原理。转载自Kim等的许可105，版权所有©Sensors and Actuators，2018。e智能隐形眼镜，通过检测血糖水平治疗糖尿病视网膜病变。f正常和非糖尿病患者血液和泪液中的葡萄糖水平比较。转载自Keum等人的许可97，版权所有©Science Advances，2020年。g无线控制智能绷带工作原理。经Derakhshandeh等人许可复制108，版权所有©Advanced Functional Materials，2020。

类似地，Kim等人开发了一种可穿戴的触觉驱动透皮给药(TATD)，用于控制药物给药105。TATD根据触摸可穿戴贴片所施加的力，提供药物传递的定量渗透控制。如图6d105所示，HWD由可重复填充的药物储层、用于力检测的应变传感器和用于药物释放的微针组成。利用施加的力和药物释放量之间的数学模型，可以观察到药物的受控传递，从而实现实时药物调控。同样，Di等人也开发了一种基于机械力的给药系统106。这一HWD由一种可伸缩弹性体和载药聚合物纳米颗粒构成的药物储层组成。这些纳米颗粒可以装载抗菌药物或消炎药。同样，HWD在抗癌治疗方面也产生了令人鼓舞的结果。通过对弹性体施加拉伸应变，药物以可控的方式释放，药物的释放速率为泊松比。HWD是一种皮肤贴装装置，可以通过肌肉或关节、肌腱的运动或用手施加外力来实施。

T. Ly等人利用蓝牙技术控制胰岛素的释放107。蓝牙胰岛素泵本质上是无管的，可以容纳多达200个单位的U-100胰岛素。它由导管插入和自动启动以及个性化的糖尿病管理器组成，可用于远程控制胰岛素输送。在另一份报告中，Keum等人开发了一种智能隐形眼镜，用于检测眼泪中的葡萄糖水平，并为糖尿病视网膜病变提供药物治疗97。这种隐形眼镜的直径为14mm，厚度为200 μm，曲率半径为8.0 mm，基于超薄的生物兼容聚合物，包含微型电路和微控制器芯片，用于连续监测撕裂后的葡萄糖水平。隐形眼镜如图6e所示，隐形眼镜由电化学生物传感器、药物递送系统、与铜的共振电感耦合（用于从外部发射器线圈无线传输功率）、集成微控制器芯片和用于通信的射频(RF)系统组成。该生物传感器包含三个电极:用于葡萄糖检测的参比电极(RE)、工作电极(WE)和对电极(CE)。图6f中的结果显示了健康个体和糖尿病个体之间血液和泪液中葡萄糖水平的比较，可以看出，糖尿病个体和健康个体的葡萄糖水平差异（泪液和血液）始终足以根据泪液诊断糖尿病。此外，隐形眼镜有一个集成的药物递送系统，允许按需控制递送抗糖尿病药物。药物的输送由电压的开/关控制来控制。药物传递是通过使用金(Au)膜来电控的。药物储层被金阳极电极覆盖，金阳极电极是一层薄薄的金膜，在40秒内溶解在磷酸盐缓冲溶液(PBS)中。当施加1.8 V电压时，药物被传递，结果通过使用射频模块的无线传输共享，这使其成为POC的合适HWD。此外，Derakhshandeh等人提出了一种用于治疗慢性伤口的智能绷带108。绷带由微针组成，如图6g所示，用于在目标伤口上递送药物和血管内皮生长因子(VEGF)。绷带以无线方式控制药物递送。利用3D打印机在聚合物基板上制备微针，利用PDMS制备微通道。通过给糖尿病小鼠的慢性皮肤创面投递VEGF进行智能绷带实验，结果显示，与局部投递治疗药物相比，创面的闭合程度和毛发的生长程度都提高了108。

如图所示，纳米管、纳米孔和纳米颗粒等结构可用于可穿戴设备递送药物；然而，它们的大小和结构是特定于某一药物的，因此，它们仅局限于给某一特定药物。此外，基于上述载体的可穿戴给药系统不能用于所有年龄组的患者，因为已经发现很难给婴儿和老年人使用纳米管和纳米颗粒109。用于糖尿病治疗的智能隐形眼镜等眼部可穿戴给药系统，由于角膜前表面积有限，生物利用度低，给药量有限(30 μL)，降低了药物的疗效110。此外，由于许多药物无法通过血脑屏障(BBB)111，因此在开发可穿戴药物递送系统时，还需要更多的药物技术进步，以准确地靶向递送药物。此外，药物有限的生物多样性限制了可穿戴给药系统的有效性112。

6.商用的HWDs

最近，市场上已经有了许多可商用的HWDs。生物相容性、准确性、舒适性和不间断电池性能是HWDs成功商业化的关键因素。本节重点介绍了一些最新的商用HWDs，用于不同生物标志物的持续监测。商用HWDs的主要焦点是运动跟踪器113。人体运动评估在生物力学和步态分析中起着重要的作用，因此可以用于神经和心理疾病的诊断。此外，运动跟踪器可以跟踪步数，这有助于保持卡路里燃烧的记录。因此，市场上有很多这样的设备，其中使用最广泛的是Misfit Shine, Fitbit Inspire 2, Withings和Apple Smart Watch。总部位于美国的消费电子公司Misfit推出了Misfit Shine，可以记录步数、睡眠时间、行走距离和燃烧的卡路里。它有一个可以使用6个月的非充电电池，每6个月需要更换一次。总部位于美国的健身公司Fitbit已经推出了许多可穿戴的健身设备。Fitbit Inspire 2是最近新增的实时、连续监测心率、活动和睡眠等生命体征的工具之一。它可以连续充电10天。此外，法国电子消费公司Withings推出了一款智能健身追踪器Withings Pulse115。Withings Pulse允许24/7监测心率，也保持跟踪睡眠时间。它的电池可以持续使用20天，防水能力高达50 m113。与之前提到的可穿戴健身设备相比，Apple watch具有不规则节律通知、心电图应用和血氧应用等功能。心率不规则可能提示心房颤动，心房颤动可导致中风、心力衰竭和其他心脏相关并发症116。但是Apple watch不能不断的寻找心房纤颤，也不能检测到所有心房纤颤的情况。它只在反复检测到不规则节律时发送通知。斯坦福大学的一项针对419,297名参与者的研究证实了苹果手表检测房颤的真实性。在这项研究中，参与者使用苹果手表进行监测，并在收到不规则节律的通知后，使用ECG贴片监测房颤90天。该研究通过Apple watch的早期检测诊断出34%的参与者患有心房纤颤，84%的不规则节律通知与心房纤颤一致117。此外，心电图应用程序通过内置的心脏电传感器来跟踪不规则心律，并提供心房颤动或正常窦性心律的通知。此外，它还能记录血液中的含氧量，这有助于持续监测低氧血症和哮喘、肺气肿等疾病。然而，血氧应用仅在选定的地区可用116。表1总结了上述基于人体运动的健康和健身追踪器。

表1 基于运动的健康和健身跟踪

心电图是心血管疾病的重要诊断指标，在心血管疾病的诊断和预防中起着重要作用。一些智能可穿戴设备已经被引入ECG监测市场。ePatch是FDA批准的商用心电图贴片。ePatch是一种3导联心电图传感器，它由一个封装在粘合贴片内的传感器组成。该贴片可以连续存储72小时的心电图记录，结果可以通过USB电缆传输到计算机软件上进行分析。然而，心电监护仪的最新进展是在无铅ECG采集，LifeTouch sensor就是这样一个HWD119,120。它提供呼吸频率、心率和心电图的连续测量，用于辅助诊断目的。此外，Savvy是另一种可用于实时监测ECG的无铅HWD121。它本质上是POC，由一个传感器和两个粘附电极连接在皮肤上119。这两个电极在测量模式下用于测量心电，在充电模式下用于给传感器充电。Savvy的电池寿命可达20天。它被放置在一个生物兼容和灵活的塑料中，以支持持久的用户移动。来自Savvy的心电图可以在移动应用程序(MobECG)上实时可视化，该应用程序还可以存储或与患者的医疗提供者共享心电图摘要119。类似地，ZIO XT和SEEQ是另外两个用于ECG监测的重要商用HWD119。然而，与Savvy不同的是，ZIO XT和SEEQ不能重复使用，也没有可充电电池。ZIO XT不实时报告结果；但是，它可以存储数据14天，之后心电图贴片会被送回公司进行数据分析。类似地，SEEQ并不实时报告数据，而是通过公司的云传输数据，心电图报告时间取决于公司的处理时间。表2显示了一些商业上可用的心电图监测HWDs。

表2 商业化的ECG设备

考虑到不断增长的糖尿病患者市场，一些HWDs已经被引入用于血糖的持续监测。这种设备通常称为CGM，即连续血糖监测仪。著名的CGM有Dexcom G6、雅培的FreeStyle Libre System和Medtronic Guardian Connect123,124,125。Dexcom G6由传感器、发射器和接收器组成。通过一个自动涂抹器，传感器线被插入佩戴者的皮肤下，传感器测量葡萄糖读数。但是，Dexcom G6在插入后需要2小时的校准。来自G6 CGM的读数被传输到接收器，用户可以在Dexcom移动应用程序上实时可视化查看。但是，该应用程序只与选定的移动设备兼容。Dexcom G6是与雅培FreeStyle Libre System一起上市的为数不多的血糖测量仪之一，可以在患者服用对乙酰氨基酚时准确测量血糖读数。对乙酰氨基酚是一种干扰CGS和导致不准确的葡萄糖读数的镇痛药122,126。雅培FreeStyle Libre配备了一个传感器和一个阅读器，其中传感器是一个小型的微创设备，可以测量血液中的葡萄糖并将数据发送到可以查看葡萄糖水平的阅读器。雅培CGM定位装置只有在放置在上臂后部时才能准确工作，与Dexcom G6不同的是，它需要12小时校准122,124。类似地，Medtronic Guardian Connect是另一种CGM，类似于前面提到的CGM，它由一个传感器组成，但不包含读取器。该传感器需要12小时的校准，可以直接将数据发送到移动应用程序，而不是读取设备。Guardian Connect的一个重要特性是它的Sugar IQ 122。Sugar IQ帮助用户根据每日血糖趋势及胰岛素摄入量理解血糖模式。它是唯一能提前10-60分钟发送预测通知的CGM。下面的表3总结了上面提到的CGMs及其成本分析。可以看出，与广泛使用的有创血糖仪相比，这些血糖仪价格昂贵，并建议在CGM读数与症状不符的情况下使用基于血液的血糖仪。

表3 商业化的血糖仪

7.挑战与未来展望

HWDs广泛地改进了医疗保健领域。如前所述，它们已被证明在监测许多生理参数方面是有效的。然而，由于其稳定性、敏感性、隐私性、电源以及对心理疾病的有限应用等方面的限制，这些HWDs仍有很大的改进空间。

由于大多数可穿戴设备都涉及到与表皮的交互作用，因此从这些HWDs中的传感器接收到的数据可能会发生失真和噪声。噪声的原因包括持续的身体运动和皮肤上的毛发，导致皮肤和可穿戴设备之间的粘附变小。观察到HWDs在监测目的中应用广泛；因此，需要更多努力使其适用于诊断目的。这是因为大多数诊断技术都涉及到血液、尿液和唾液等样本的使用，而HWDs与这些样本的集成有限。因此，需要更多的努力，将HWDs与能够支持使用生物样本的平台集成到HWDs中，并可被最终用户使用。此外，使用人工智能算法，例如监督学习回归算法可用于跟踪预后中多个参数的行为127。同样，佩戴者的安全也很重要，由于HWDs包含受保护的健康信息(PHI)，因此要求隐私权不受损害128,129。为此，为了确保佩戴者的安全和隐私，HWDs中的安全通信方案至关重要130。

此外，阻碍可穿戴设备效用的主要限制之一是持续供电131,132,133。可穿戴设备中使用的电池空间有限，因为它们需要与可穿戴设备的设计保持一致。为了克服这一限制，需要具有更好的电源管理的高效能源收集器。压电纳米发电机(PENG)和摩擦电纳米发电机(TENG)等自供电传感器是小型的能量收集器。这些自供电传感器涉及一种能量形式的转换，例如将机械能转换为电能，并确保HWDs的舒适度和小型化134。据观察，HWDs在监测心血管疾病、肌肉疾病、血液和葡萄糖水平等生理疾病方面有许多应用。然而，HWDs对心理疾病的应用有限，例如帕金森病、AD和其他心理疾病。因此，在不久的将来，更多地利用HWDs治疗心理疾病将被证明是有益的。

8.结论

可穿戴设备在医疗保健中被广泛用于监测和诊断目的，因为它们为佩戴者提供了舒适度和日常护理。本文综述了最近使用不同HWDs监测不同疾病状况方面所做的努力，也着重介绍了最近市售的商业化HWDs。为此目的，讨论了基于皮肤的可穿戴设备、基于生物流体的可穿戴设备和其他竞争的可穿戴技术。本文综述了不同生物和化学参数(包括血压、心率和排汗率)的无创和微创监测的相关技术。此外，还讨论了HWDs在监测不同生理和心理参数方面的应用。此外，本文还重点介绍了不同材料在不同疾病监测、诊断和治疗中的应用，以及将HWDs作为药物传递系统的技术，包括经皮给药系统和触摸驱动系统。本文还讨论了这些可穿戴设备的固有局限性以及它们的未来前景。

9.数据可用性

支持本研究结果的数据可在论文内或在合理要求下从通讯作者处获得。此外，所有数据的来源均随论文提供。

10.REFERENCES和作者信息等

见原文https://www.nature.com/articles/s41528-021-00107-x#Bib1

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