未来科技改变生活：轻便小型智能可穿戴器件的创新与发展

随着科技的快速发展，如今智能可穿戴器件已逐渐走进了人们的生活。目前它们已经被广泛应用于生命功能监测、生物信号检测、疾病诊断、药物治疗等多个领域，并已展现出极具吸引力的科技和产业转化价值，得到了越来越广泛的关注。但目前部分可穿戴器件往往包含较为复杂的组件，包括信号产生装置、信号传导装置以及供能装置等。它们往往占据较大的体积，增加病人和用户的负担，并且需要大量重复充电与矫正操作，严重降低了用户的依从性。

有趣的是，来自大自然的生物系统给我们提供了宝贵的资源库，多种自然界的生物不断进化，不断优化自身的结构及功能以适应大自然“物竞天择”；它们往往非常聪明地选择了低负担，低能耗的方式来巧妙利用身体结构以构建生物-环境界面，就如同智能可穿戴设备一样能够灵敏地监测自身和环境信号，并能及时作出反馈，精确地调节行为等。基于这些源于生物启发的新策略，华中科技大学研究团队结合其近期研究，系统性地总结了轻便小型智能仿生可穿戴器件的最新进展及应用，并且对其如何作为未来技术改变人们的生活进行了充分展望。

研究团队认为：这类新颖的小型智能可穿戴器件的创新与发展，将有望改变人们目前对于可穿戴器件的传统观念，能为人体医疗健康监测、个性化治疗、疾病多功能诊疗提供更好、更精准、更有效的新策略。

图1. 智能可穿戴设备及其应用与修饰方法

研究团队首先分析了自然界中生物基于化学工程的方法构建体表附着结构的策略，使得其能以较小的负担和能耗，增强生物-环境界面调控，从而优化自身行为。基于此，研究团队首先总结了仿生结构的器件构建策略，包括仿生取向结构、仿生孔道、仿生固液界面、仿生光学结构、仿生流体传感结构、仿生粘附结构等，源于自然界生物结构的启发，科学家和工程师们仿造自然界中巧夺天工的奇特的生物结构，制备了智能可穿戴器件的组件。此外，化学官能团修饰、生物大分子修饰以及纳米修饰技术能进一步提升器件功能，增强其生物响应特性。

这些轻便小型可穿戴器件目前已逐步展现出极高的应用价值，并正在逐步改变人们的生活。研究团队以多种产品和原型为例，分别讨论了皮肤贴片、智能衣物、功能化隐形眼镜、智能牙套、智能珠宝、智能口罩等。从局部生物信号的检测到智能释药，从环境信号收集到增强生物功能等多个角度，详细分析了化学工程技术如何帮助这些智能器件深入参与人们的日常生活和科学研究。这些先进的特性可以帮助人们快速地提升个人生活质量、提供更好的医疗健康管理以及更精准的疾病诊断与治疗，如监测自身血糖、增强夜视能力、提升病菌检测速度、预防微生物感染等多种应用。目前，该领域已经有多款原型或产品已在临床研究阶段或已经进入市场，轻便小型智能可穿戴器件的创新与发展即将和正在改变着我们的世界。

成果近期发表在领域权威期刊Advanced Materials 上，文章第一作者是华中科技大学同济医学院陈伟教授，通讯作者为华中科技大学同济医学院陈伟教授、华中科技大学同济医学院附属协和医院的王征教授与王琳教授，以及新加坡国立大学陈小元（Shawn Chen）教授。

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Smart Chemical Engineering-based Lightweight and Miniaturized Attachable Systems for Advanced Drug Delivery and Diagnostics

Wei Chen, Zheng Wang, Lin Wang, Xiaoyuan Chen

Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202106701