柔性电子技术：可穿戴用气设备的未来图景与实践路径
点击：日期：2025/12/7
柔性电子技术：可穿戴用气设备的未来图景与实践路径
柔性电子技术的突破性发展正推动可穿戴设备从生理参数监测向气体感知维度延伸，这类可穿戴用气设备凭借柔性基底的适配性与气体传感的精准性，在健康管理、临床诊疗等领域展现出巨大潜力。而医用气体工程的技术融合，更让这类设备实现了从 "感知" 到 "干预" 的跨越，为医疗健康领域开辟了*赛道。
核心观点一：柔性气敏技术重构健康监测范式，从单点检测到全景评估
传统气体检测设备受限于体积与刚性结构，难以实现人体气体的连续动态监测。柔性电子技术与气敏材料的结合，打破了这一局限，使设备能够贴合皮肤或融入穿戴场景，实时捕捉呼吸、皮肤散发的气体标志物，为健康评估提供全景数据。
权威数据显示，人体呼气中含有超过 1000 种挥发性有机化合物（VOCs），其中 200 余种与特定疾病相关，皮肤表面每平方厘米每小时可释放数十至数百纳升的特征气体，这些气体成为无创诊断的重要依据。山东理工大学研发的柔性传感器在室温下对 NO₂的*检测限达 2 ppb，远低于美国 EPA 规定的 53 ppb 暴露阈值，且对 H₂S、NH₃等干扰气体的响应可忽略不计，这种高特异性为疾病早期筛查提供了技术支撑。
临床案例印证了技术价值：美国化学会团队开发的智能口罩嵌入柔性呼吸传感器，通过检测呼气中的氨浓度识别慢性肾病患者，在 100 名受试者测试中，正确识别率达 84%，正确排除率达 88%，且能反映疾病进展阶段。南京航空航天大学的 "可穿戴肺功能实时成像仪" 以柔性绷带形式布设 16 个电极，实时捕捉肺部通气区域电导率变化，已在 17 家三甲医院服务超 2 万名患者，单次检测成本仅为传统设备的 1/10，其本质是通过气体流动与肺组织阻抗的关联分析，实现肺部功能的动态监测。
核心观点二：医用气体工程深度赋能，构建 "感知 - 分析 - 干预" 闭环体系
可穿戴用气设备的价值升级，离不开医用气体工程在气体精准供给、系统集成等领域的技术支撑。医用气体工程对气体纯度、输送稳定性的严苛标准，与可穿戴设备的微型化需求形成互补，推动设备从单一检测向 "检测 + 干预" 一体化发展。
在技术集成层面，中国科学院半导体研究所开发的柔性自驱动气体传感系统，将微电容阵列供能模块与碳纳米管基气敏传感器结合，电容器面积比电容达 47.42 mF/cm²，驱动传感器实现乙醇气体 13s 响应、4.5s 恢复的快速检测，数据通过蓝牙实时传输至手机终端。这种系统设计思路与医用气体工程中的 "气源 - 输送 - 终端" 架构异曲同工，为后续集成医用气体干预模块奠定基础。
解决方案已在临床场景落地：南京航空航天大学的柔性肺功能成像仪正探索与氧疗仪结合，基于实时监测的肺通气数据自动调节氧疗流量，实现 "监测数据指导气体供给" 的闭环管理。这种融合模式将医用气体工程的精准供气技术与柔性传感的实时监测能力相结合，针对慢阻肺患者的氧疗需求，解决了传统氧疗中流量调节依赖经验判断的问题，提升了*安全性与有效性。
在伤口管理领域，西北大学的 "表皮通量传感器" 通过柔性密封结构隔离皮肤气体样本，监测伤口感染细菌产生的 VOCs，其设计借鉴了医用气体工程中的气体采样与分析原理。该设备无需接触伤口即可预警感染，在糖尿病溃疡护理中，能提前 3-5 天发现感染迹象，为抗生素使用与伤口干预争取时间，体现了气体感知与临床干预的协同价值。
核心观点三：技术瓶颈亟待突破，多学科协同打造产业化基础
尽管发展前景广阔，可穿戴用气设备仍面临三大核心挑战：供能续航与设备微型化的平衡、气敏材料长期稳定性不足、多气体同时检测的干扰排除。解决这些问题需要柔性电子、医用气体工程、材料科学等多学科协同发力。
针对性解决方案已在逐步探索：
- 供能系统优化：采用医用气体工程中的微型化气体分离与储能技术，结合中科院半导体所的电容阵列串联技术，提升能量密度。新一代柔性设备正尝试将气体传感与微型燃料电池结合，利用人体呼出气体中的氢气等成分辅助供能，延长续航时间。
- 材料性能升级：借鉴医用气体工程中气体净化材料的稳定性设计，山东理工大学团队采用 "聚氨酯非织物基底 + 金 / 钯纳米颗粒复合聚噻吩" 的多层结构，通过 "双金属催化 - 电荷传输 - 界面耦合" 机制，使传感器在弯折、拉伸后仍保持稳定性能，自修复功能提升了设备耐用性。
- 检测精度提升：引入医用气体工程中的多组分气体分离技术，在柔性基底上集成微型色谱柱与特异性传感器阵列。西北大学的表皮通量传感器已实现水蒸气、二氧化碳与 VOCs 的同时检测，通过阀门控制与环境空气校准，进一步降低了交叉干扰。
未来展望：柔性可穿戴用气设备的产业化路径
随着技术成熟，可穿戴用气设备将在三大领域实现规模化应用：在基层医疗，结合医用气体工程的小型化氧疗模块，打造 "筛查 - 监测 - *" 一体化慢病管理设备；在职业健康，开发可实时检测有害气体暴露的柔性手环，联动报警系统降低作业风险；在家庭护理，推出集成伤口感染监测与局部供氧功能的柔性绷带，提升居家护理专业性。
医用气体工程的微型化、精准化发展，与柔性电子技术的便携化、智能化进步，将共同推动可穿戴用气设备从实验室走向临床。未来，当柔性传感器能够精准捕捉更多疾病标志物，医用气体系统能够实现个性化气体干预，这类设备将真正成为守护健康的 "隐形卫士"，重塑医疗健康服务的形态与边界。
