可穿戴电子设备（Wearable Electronics）正在通过直接在需求点实现生理和分子信号的连续实时监测，迅速改变医疗保健。这一转变支持从间歇性、通用化护理向精准诊断（Precision Diagnosis）的过渡，其中个体化、纵向数据指导早期检测、风险

　　可穿戴电子设备（Wearable Electronics）正在通过直接在需求点实现生理和分子信号的连续实时监测，迅速改变医疗保健。这一转变支持从间歇性、通用化护理向精准诊断（Precision Diagnosis）的过渡，其中个体化、纵向数据指导早期检测、风险分层和治疗决策。这一转变的核心是先进制造（Advanced Manufacturing）和异构集成（Heterogeneous Integration）策略的融合，这些策略使得紧凑、多模态（Multimodal）且高度适形的诊断平台得以开发。在这篇综述中，研究人员探讨了材料工程、微/纳制造（Micro/Nanofabrication）和系统集成（System Integration）的进步如何将可穿戴设备从单参数传感器转变为完全集成的多模态诊断系统。研究人员概述了关键架构和转导机制（Transduction Mechanisms），并强调了制造方法，如印刷（Printing）、3D制造（3D Fabrication）、光刻（Photolithography）和激光直写（Laser Writing）。研究人员强调了异构集成策略，这些策略将传感、电子、电源和通信结合到用于长期使用的皮肤适形平台（Skin-Conformal Platforms）中。这些进步通过连续监测、多模态数据融合和个体化基线实现了精准诊断。研究人员还概述了临床转化的关键挑战，并讨论了向稳健、可扩展和临床可行动系统（Clinically Actionable Systems）的未来方向，为下一代可穿戴电子设备在精准诊断中的应用提供了战略展望。

　　1 引言：介绍了全球慢性疾病负担和老龄化对医疗系统的挑战，指出当前基于集中化、通用化的医疗模式不足以满足需求，精准诊断（Precision Diagnosis）作为一种变革性框架应运而生，通过连续、高分辨率、多参数数据实现个体化疾病识别。可穿戴诊断系统整合生物传感器、微型电子组件、移动计算接口和机器学习（ML）算法，能够分析多种生物流体，支持分子水平的健康评估，并实现多参数数据融合与个体化参考框架的建立。回顾了可穿戴医疗系统的发展历程，从1960年代的Holter监测器到当前集成生化传感平台，并指出从实验室原型到临床可用的主要工程挑战，包括异构集成、柔性基板上的多模态传感与无线传输、微纳结构制造、抗干扰及机械匹配等。本文旨在系统综述完全集成可穿戴电子设备在精准诊断中的最新进展，涵盖系统架构、转导机制、先进制造与集成策略，以及临床转化潜力。

　　2 可穿戴诊断系统的构建：可穿戴诊断系统由生物医学传感器、可穿戴电子器件和决策算法三部分组成。传感器将生理或生化信号转换为可量化信号，经电子模块调理后传输至用户终端，由算法进行数据分析、特征提取和分类。

　　2.1 可穿戴生物医学传感策略：目前电学和电化学传感器最为广泛，光学和拉曼传感器也逐渐兴起。每种传感模式在灵敏度、选择性、可制造性、功耗和长期稳定性方面各有平衡。

　　2.1.1 电学传感器：包括直接生物电位传感器和间接传感器（如电阻式、电容式、电感式）。生物电位传感器测量神经肌肉活动产生的差分电信号，其性能取决于电极-皮肤耦合阻抗。电阻式传感器结构简单，适用于温度、应变检测；电容式传感器响应快，功耗低；电感式传感器常用于被动无线植入。电学传感器适用于无需液相生化相互作用的物理量监测，具有低成本、低功耗、易集成等优点。

　　2.1.2 电化学传感器：通过功能化电极界面和分析物特异性反应，将目标结合或催化事件转化为电位、电流、电荷或电导变化。电位型传感器测量离子选择性电极与参比电极之间的平衡电位，遵循能斯特方程。安培型传感器施加氧化或还原电位，测量法拉第电流，通过三电极构型实现质量传输和电子转移控制。伏安法（如方波伏安法（SWV）、差分脉冲伏安法（DPV））通过时间分辨电位激发提高灵敏度，适用于多分析物检测。电化学传感器兼容多种生物流体（汗液、间质液（ISF）、唾液、泪液、尿液、伤口液），但长期稳定性受生物污染、识别层降解、参比电极漂移等影响。

　　2.1.3 晶体管型传感器：有机场效应晶体管（OFET）具有材料多样性、信号放大和可扩展低成本制造优势。生化反应改变局部静电环境或电荷传输，将微小识别事件转化为放大电流变化。源-漏电流（IDS）由栅极电压（VG）调制，传感器设计需优化传感界面、探针选择和固定，以及抗污染和基线漂移校正。晶闸管型传感器具有内在放大能力，适用于低丰度蛋白质和核酸检测，但对表面工程和器件稳定性要求更高。

　　2.1.4 光学传感器：提供非接触式读数和强信噪比，包括比色、荧光和表面增强拉曼光谱（SERS）传感器。比色传感器依赖显色材料的吸收变化，可目视或智能手机读取；荧光传感器利用荧光探针的强度、寿命或波长变化，对低丰度分析物灵敏；SERS传感器通过分子振动指纹实现无标记、多路复用分析。光学传感器在微流控贴片、智能隐形眼镜等中应用，但硬件体积和功耗是主要瓶颈。

　　2.2 电子器件：可穿戴诊断系统需要集成传感器阵列、电源和电子模块，实现多通道信号采集、数据融合和无线传输。电路设计需考虑功耗、信号特性、转换精度和无线数据链路。对于低幅度电生理信号，需高输入阻抗、高共模抑制比（CMRR）的仪表放大器；对于电化学测量，需恒电位仪和反馈控制电路。蓝牙低功耗（BLE）和近场通信（NFC）是常用无线协议，需精细管理功率预算以延长设备寿命。

　　2.3 算法赋能的穿戴诊断：机器学习和深度学习（DL）使可穿戴系统从被动记录转向“感知-解释-响应”范式。无监督学习用于模式识别、降维和特征提取；监督学习用于疾病分类、异常检测和回归估计；强化学习适用于闭环控制，如糖尿病管理。但数据噪声、缺失值、不平衡和模型泛化性仍是挑战，需结合稳定可靠的传感器前端设计。

　　3 先进制造与集成技术：先进制造（包括增材和减材制造）用于在多样化基板上构建传感器、电极、互连和能量模块，集成技术进一步将异质材料和功能模块整合为完整平台。

　　3.1.1 涂覆技术：包括滴涂、旋涂、刮涂、浸涂、喷涂等，用于构建敏感层、生物界面层和柔性功能膜。滴涂适用于快速原型，但均匀性差；旋涂可控制厚度，但材料浪费；刮涂适合大面积卷对卷（R2R）工艺；喷涂适用于曲面和可拉伸基板；浸涂适用于纤维和纺织物。每种方法在可穿戴系统中有不同适用场景。

　　3.1.2 印刷技术：包括喷墨印刷、丝网印刷、凹版和柔版印刷、气溶胶喷射印刷。喷墨印刷材料利用率高，适合定制和小批量；丝网印刷成本低，适合一次性诊断贴片；凹版和柔版印刷高通量，适合大规模生产；气溶胶喷射印刷高分辨率，适合曲面和异质集成。例如，喷墨印刷用于制造核壳纳米颗粒（NP）墨水，实现无需手动修饰的电化学传感器。

　　3.1.3 3D打印技术：通过逐层沉积构建定制化机械支撑和生物医学传感器。可打印微针（MN）、微流控芯片、多电极阵列等。半固态挤出（SSE）3D打印可集成多种功能材料，实现全3D打印的皮肤电子（e3-skin）。3D打印适合个体化设备，但大规模生产仍受限于速度和成本。

　　3.1.4 静电纺丝技术：连续制造纳米级纤维膜，具有高比表面积和透气性。通过前驱体溶液掺杂功能材料可制备导电或传感纤维网络，同轴静电纺丝可构建核壳结构。静电纺丝膜用于可穿戴呼吸式基底和电子皮肤（e-skin），但大面积生产需多针或卷对卷系统。

　　3.1.5 光刻技术：高分辨率、高精度图案化。传统硅基光刻通过牺牲层释放器件转移至柔性基底；直接光刻在弹性材料上定义图案，如液体金属微电极和纺织光刻。光刻适用于高密度电极阵列和晶体管阵列，但需洁净室和复杂工艺，成本高。

　　3.1.6 直接激光直写技术：免掩模、快速原型。包括减法（SDLW）、加法（ADLW）和转化（TDLW）三种模式。用于制造柔性电路、微通道、电极阵列，如激光诱导石墨烯（LIG）电极和原位还原金纳米粒子（AuNP）电极。激光直写灵活性强，但分辨率和导电性随工艺变化。

　　4 总结：单一制造技术难以实现商业化，需混合策略：低成本、可扩展工艺（如涂覆、丝网印刷、R2R）用于大面积电极和互连；高分辨率工艺（如光刻、激光直写、3D打印）用于关键功能区域，以平衡成本和性能。

　　4.1.1 软-硬电气接口：柔性模块与刚性芯片的互连是关键挑战。传统焊料需高温，易损伤柔性基底；液态金属（LM）焊料可低温焊接，但需封装防泄漏；导电胶粘剂需优化机械匹配；各向异性导电膜（ACF）和双相纳米分散（BIND）界面可实现低应力、高稳定性互连。不同方案根据机械和电气要求选择。

　　4.1.2 3D集成策略：包括3D单片集成和3D混合堆叠集成。单片集成通过逐层构建实现高密度、轻量化和良好机械连续性，如双栅极有机晶体管和2D材料堆叠。混合堆叠集成通过侧边互连、垂直互连、面对面互连或印刷互连组装独立模块，适用于多功能可穿戴系统，但需解决垂直电导、对准和散热问题。

　　4.1.3 全柔性电子集成：所有功能单元由柔性材料构成，无需刚性硅芯片。例如，基于表面声波（SAW）的无芯片无线e-skin和基于纤维的智能纺织品，通过体耦合实现无芯片无线交互。全柔性系统消除机械失配，但无线性能需在运动中保持稳定，且纺织平台需经受洗涤和拉伸。

　　5 生物医学应用：可穿戴诊断平台旨在将医疗从间歇性、医院中心模式转向连续、个性化健康管理，通过建立个体化数字基线实现早期预警、风险分层和治疗响应评估。

　　5.1 神经系统：用于脑电图（EEG）监测，以贴片、耳内阵列等形式实现无凝胶、运动伪影抑制的电生理记录。多模态系统结合脑电图（EEG）、肌电图（EMG）和加速度计提高癫痫检测灵敏度；在帕金森病中量化运动波动。闭环系统（如脑-人工智能闭环系统（BACLoS））整合自供电和嵌入式人工智能（AI）实现自主干预，但需前瞻性验证。

　　5.2 心血管系统：心电图（ECG）监测需低电极-皮肤阻抗，如微针（MN）干电极和透气性心脏e-skin。大尺度传感阵列和6-前导联系统提高临床级精度。多模态系统结合心电图（ECG）和心音图（PCG）或光电体积描记术（PPG）提供更全面的电-机械特征。人工智能（AI）增强的ECG贴片可识别心脏疾病，准确率达98%。血压（BP）监测通过连续、无袖带方式，如自供电压电传感器阵列、柔性气袋和超声贴片，结合人工智能（AI）实现零校准和个性化监测。

　　5.3 呼吸系统：用于呼吸频率、潮气量监测，如自供电摩擦电传感器和智能口罩。穿戴式听诊器可连续记录心肺音，分类四种肺病。人工智能（AI）辅助的机械声学系统预测用力呼气量。分子诊断方面，微流控智能口罩分析呼出气冷凝物（EBC）中的生物标志物，生物电子口罩检测病原体，如SARS-CoV-2和流感病毒。

　　5.4 眼部系统：用于眼压（IOP）和眼表微环境监测，如MXene隐形眼镜和风筝形透气智能隐形眼镜。神经假体隐形眼镜结合温度补偿，人工智能（AI）集成眼电子系统用于斜视诊断和疲劳解码。

　　5.5 骨骼肌肉系统：通过柔性压阻传感器、超声时间飞行和单换能器回声肌图（EcMG）监测肌肉变形和内部结构。多模态传感贴片同步超声和肌电图（EMG），无线多传感器系统结合摩擦电压力传感器和电化学肌酐传感器评估肌肉萎缩。

　　5.6 皮肤：用于皮肤屏障功能、水合作用和经皮水分流失（TEWL）监测，如电池-自由无线传感器和自供电闭环贴片用于特应性皮炎（AD）。智能绷带监测伤口微环境，如pH、葡萄糖、炎症因子，并通过热原电池或电刺激实现治疗。活体集成电子和数字双胞胎等前沿平台。

　　5.7 肿瘤学：用于肿瘤体积变化和生物阻抗监测，如无芯片贴片和应变传感器。可穿戴液体活检检测甲基化循环肿瘤DNA（ctDNA）和抗癌药物浓度。电子鼻（e-nose）通过挥发性有机物（VOCs）检测癌症，霍尔传感器阵列结合深度学习（DL）实现三维肿瘤生长监测。

　　5.8 糖尿病：连续血糖监测（CGM）系统，包括智能隐形眼镜、微针（MN）贴片和酶-自由传感器。多模态平台整合代谢物和心血管信号。人工智能（AI）用于预测分析和闭环胰岛素输送，如双闭环系统延长血糖正常持续时间。

　　5.9 炎症与免疫反应：监测大分子生物标志物如白细胞介素-6（IL-6）和C反应蛋白（CRP），通过电化学织物、微针（MN）贴片和可穿戴光学生物标志物外渗装置。微流控和人工智能（AI）实现百分类准确率，用于慢性阻塞性肺疾病（COPD）和COVID-19管理。

　　5.10 其他生物医学应用：包PP电子官方网站括心理健康、生殖健康、口腔健康和电解质监测。例如，可穿戴应力评估系PP电子官方网站统测量皮质醇和生理指标；胎儿运动监测；无电池牙科贴片监测pH；微针-扩展栅场效应晶体管（MN-EGFET）检测间质液（ISF）中的钠离子。

　　6 结论与展望：先进制造和传感技术的成熟使可穿戴电子设备成为临床诊断工具。未来需满足精准诊断的四个标准：分析可靠性、纵向耐久性、多模态可解释性和临床验证的个性化。挑战包括生物污染、信号漂移、能源供应、多模态数据融合和个体化基线建立。需与临床参考方法（如12导联心电图（ECG）、肺功能测试、酶联免疫吸附测定（ELISA）等）严格对标，并遵循欧盟医疗器械法规（MDR）等监管框架。新兴方向包括半植入式和完全植入式生物电子学，以及可摄入电子设备，以实现深层组织监测和闭环干预。最终，材料工程、制造、集成、能源管理、智能分析、数据安全、长期可靠性和临床验证需协同发展，推动可穿戴诊断系统从实验室原型走向精准医疗的可靠平台。