Учитывая столь очевидные преимущества, по оценкам IDTechEx, рынок кожных пластырей для медицинских применений к 2030 году достигнет примерно 4 миллиардов долларов. Печатная/гибкая электроника идеально подходит для носимых кожных пластырей благодаря их малому весу, гибкости/приспособляемости и потенциалу для высокоэффективного и недорогого производства этих одноразовых изделий.
Необходимость непрерывного мониторинга:
одной из главных тенденций в секторе здравоохранения является переход к непрерывному мониторингу, который предлагает множество преимуществ. Во-первых, вместо посещения кабинета врача или больницы для осмотра пациенты могут оставаться дома. Нынешняя ситуация с COVID-19 подчеркнула это преимущество, поскольку пациентам можно измерять температуру дистанционно, без взаимодействия с медицинскими работниками, тем самым избегая риска передачи или заражения вирусом.
Дополнительным преимуществом является то, что непрерывный мониторинг позволяет получать данные с гораздо более высоким временным разрешением, чем это было бы возможно при очных визитах, поскольку кожный пластырь можно носить постоянно. Эти дополнительные данные, наряду с анализом с использованием машинного обучения, должны способствовать улучшению диагностики и профилактической медицины.
Мониторинг электрических сигналов
Мониторинг электрических сигналов — важное направление применения носимых на коже пластырей. Это может включать электрокардиограммы (ЭКГ) для исследования работы сердца, электромиографию (ЭМГ) для регистрации электрических сигналов мышц и даже обнаружение мозговой активности у пациентов с эпилепсией.
Обычно их изготавливают с использованием трафаретной печати эластичных проводящих чернил и электродов, последние изготавливаются из смеси серебра и хлорида серебра. Проводящие дорожки, как правило, печатаются волнообразным рисунком для повышения эластичности, в то время как большинство электронных компонентов в настоящее время заключены в жесткий корпус. Электроды и проводящие дорожки также интегрируются в электронный текстиль, либо на эластичной подложке, которая затем приклеивается, либо печатаются непосредственно на ткани.
Обнаружение давления и натяжения:
Помимо мониторинга электрических сигналов, давление и натяжение можно измерять с помощью печатных/гибких датчиков. Например, использование тонкопленочного пьезорезистивного датчика позволяет непрерывно измерять давление, оказываемое повязками, и оповещать медицинский персонал о необходимости корректировки повязки. Поддержание надлежащего давления имеет решающее значение: слишком свободное — неэффективное, слишком тугое — излишне ограничивает кровоток в пораженной области.
Ещё одно тестируемое приложение — мониторинг движений в суставах с помощью печатных емкостных датчиков деформации, встроенных, например, в наколенники и налокотники. Это полезно для пациентов, проходящих физиотерапию, поскольку позволяет непрерывно оценивать объём и диапазон движений.
Мониторинг заживления ран,
находящийся в настоящее время на ранних стадиях разработки, является еще одним перспективным медицинским применением печатной/гибкой электроники. В настоящее время единственный способ контролировать заживление раны — это снять повязку: благодаря интеграции датчиков и электроники, процесс заживления можно отслеживать в режиме реального времени без снятия повязки.
Этот метод обнаружения может включать измерение температуры и pH, в идеале с пространственным разрешением для мониторинга процесса отверждения. В настоящее время разрабатывается многопараметрическая система обнаружения, использующая несколько функциональных материалов, напечатанных на одной поверхности, для одновременного измерения различных переменных, что идеально подходит для данного применения.
Гибкая гибридная электроника:
В настоящее время большая часть электроники для обработки сигналов и связи, используемой в носимых на коже пластырях и электронном текстиле, заключена в жесткий пластиковый корпус. Хотя это обеспечивает защиту и необходимо для размещения обычной жесткой печатной платы, это увеличивает объем и делает пластырь или одежду неудобными в ношении.
Поэтому значительные усилия направлены на размещение как можно большего количества электронных компонентов на эластичной подложке, а не на использование жесткой печатной платы. Такой подход называется гибкой гибридной электроникой (FHE) — это новая технология производства, которая использует лучшие аспекты традиционной и печатной/гибкой электроники. Она сочетает в себе печатные межсоединения и гибкие/эластичные подложки с установленными компонентами и идеально подходит для носимой электроники.
Хотя технология FHE находится еще на относительно ранней стадии развития, она очень перспективна и позволит устройствам преодолеть ограничения по форм-фактору, накладываемые жесткими печатными платами. Фактически, по прогнозам IDTechEx, к 2030 году рынок FHE во всех областях применения достигнет примерно 3,2 миллиарда долларов.
Широкие возможности для печатных/гибких датчиков в сфере носимых технологий.
В целом, переход к непрерывному мониторингу здоровья и интерес к электронному текстилю для отслеживания физической активности открывают значительные возможности для печатной/гибкой электроники. Это включает в себя как печатные датчики для обнаружения биологических параметров, так и гибкую гибридную электронику для обработки сигналов и обеспечения беспроводной связи.
