《穿戴式与便携式生化传感检测技术/学术文库》的编排体例,正是对我们上述观点的内在体现。即在对柔性电子器件作为整体技术支撑进行介绍的基础上(第一章),跟踪国内外新的代谢物传感检测方法(第二章),侧重于柔性接触式生化传感检测(第三章),对基于智能手机的光学和电化学检测系统分别进行了介绍(第四章、第五章),并以呼吸诊疗作为一个主要的应用示例(第六章),对穿戴式与便携式技术在医学领域的总体应用进行了分析与展望(第七章)。当然,虽说全书自成体系,但由于各个章节是由不同学科背景的不同研究团队所完成,其写作风格、侧重点等方面难免会存在一定的不一致性,进而在一定程度上会影响到该书内容整体的有机性。但是,好处却也正好在于,不同的章节,从不同的学科背景,为读者提供了一个各有特色与侧重的研究视角。
穿戴式与便携式传感检测技术,可以说是近年来发展最为迅速的现代高新技术之一。我们甚至姑且不需要给该类技术一个非常明晰与规范的概念或定义,因为它们已经完全地,甚至可以说是惊艳地,进入了几乎我们每个人的视野,并且开始影响到我们每个人的日常生活。其典型代表就是手机和手环的计步器。所以,对于穿戴式与便携式技术的关注,绝不会也不应,仅局限于我们传感技术相关的科研工作者。
我们可以将穿戴式与便携式技术简单的理解为,可\"穿\"、可\"戴\",乃至可\"带\"。也就是说,除了可穿戴之外,亦可包括便于携带。但不管是可穿戴,还是可携带,它们都有一个能够极大地利于用户随时随地获得检测数据的便利。这正是该类技术的最大优势之所在。因而,也就容易与即时检测(point of care test,POCT)、移动医疗(mobile health,mHealth),乃至大数据(big data)等热门领域建立联系,并成为其信息获取的主要途径。尤其是,随着治未病、整体观等医学体系的逐步建立,个性化医疗(personalized medicine)的目的便在于获得足够可用的个人健康信息,从而能够为其量身制定出最佳的健康管理与疾病防治方案。所有这些,都无不体现着对于穿戴式与便携式技术需要进行深入研究的重要。
本书的编写缘由,最早便可追朔于从2016年开始,我们在我国\"即时检测与健康监测物联网产业技术创新战略联盟\"张先恩、王加义、康熙雄等老师的组织与带领下,集中了国内外一些主要的学术团体,对穿戴式与便携式技术及其在健康监测领域的应用所进行的多次研讨。通过这一系列卓有成效的研讨,让我们逐步梳理出了该技术的理论体系,但同时也让我们更清晰地明白了,该技术的发展,必须依靠于不同学科、不同领域专家学者之间的密切配合,联合攻关,才可能不至使其沦为\"仅是一种时尚的玩意\",而真正达到医用的目的,造福于民。
所以,我们最早的计划,乃是按照\"生理\"与\"生化\"测试,这两大检测目标对其分类,并分别由各自具有研究优势的单位分头组织编写。最终决定,由中国科学院电子研究所\"传感技术国家重点实验室\"方震研究员负责生理检测部分的编写组织工作,而由我们浙江大学\"生物传感器国家专业实验室\"负责生化检测部分的编写组织工作。在此框架之下,我们联合了浙江大学生物医学工程与仪器科学学院、信息与电子工程学学院、光电科学与工程学院、医学院等多个院系,以及美国伊利诺伊大学香槟分校(UIUC)、天津中医药大学等国内外知名专家学者,从不同侧面,结合自己的研究进展,完成了本书的编写工作。虽然,相对于运动、呼吸、血压、体温、脉搏、心率等生理信号的测试而言,各类生化指标在穿戴式与便携式技术方面的开展,尚主要还都处于研究阶段,但是,由于这类指标,包括血糖、乳酸、胆固醇、甘油三脂等重要代谢物在内的很多疾病标志物检测,尤其是即时检测,对于各类急慢性疾病的防治与管理而言,意义重大。
同时,随着技术的发展,我们已不难发现,穿戴式与便携式技术之间,其分界也已越来越模糊。这中间,主要获益于柔性电子技术和移动终端(如智能手机)等技术的快速发展。由于柔性电子器件的引入,使得穿戴式技术已陆续具有了接触式测量的表皮电路功能;而由于智能手机等便携式移动终端的广泛普及,尤其是其所能提供的完善的互联网服务,都已使得二者已经开始越来越紧密地结合。因此,甚至可以采用柔性器件进行传感检测,而同时采用智能手机对所测信号进行初步的分析与传输,最终构成一个个面向用户个体的全新的移动检测新平台。
本书的编排体例,正是对我们上述观点的内在体现。即在对柔性电子器件作为整体技术支撑进行介绍的基础上(第一章),跟踪国内外最新的代谢物传感检测方法(第二章),侧重于柔性接触式生化传感检测(第三章),对基于智能手机的光学和电化学检测系统分别进行了介绍(第四章、第五章),并以呼吸诊疗作为一个主要的应用示例(第六章),对穿戴式与便携式技术在医学领域的总体应用进行了分析与展望(第七章)。当然,虽说全书自成体系,但由于各个章节是由不同学科背景的不同研究团队所完成,其写作风格、侧重点等方面难免会存在一定的不一致性,进而在一定程度上会影响到本书内容整体的有机性。但是,好处却也正好在于,不同的章节,从不同的学科背景,为读者提供了一个各有特色与侧重的研究视角。也算是本书\"失之东隅、收之桑榆\"之处。在此需要提醒读者朋友们注意。同时,如前所述,本书的编写内容,偏重于生化检测,而对于生理检测部分的专门介绍,则有待于中国科学院电子研究所等单位另外即将编撰完成的专著。此外,对于电化学检测系统的内容,也可参考我们2017年6月在科学出版社出版发行的《基于手机的电化学生物传感技术》一书。只不过,有别于本书对技术介绍的偏重,该书则更加侧重于对研究进展的总体介绍,从手机电化学测试来说,内容当然也就更加系统和完整。总之,都可将其视为本书的姊妹篇,而加以参考阅读。
第一章 柔性电子器件及其研究进展
第一节 柔性电子器件概述
一、概述
二、柔性电子器件的材料与工艺
第二节 柔性显示器件
一、概述
二、背板工艺
三、前板工艺
四、阻挡层
五、柔性显示设备小结
第三节 柔性储能/发电器件
一、概述
二、柔性太阳能电池
三、柔性锂离子电池
四、柔性**电容
五、柔性摩擦发电器件
第四节 柔性传感器
一、柔性压力传感器
二、柔性热流量传感器
三、柔性光学传感器
第五节 柔性执行器
一、概述
二、柔性电活性执行器
三、柔性光驱动执行器
第六节 本章小结
第二章 穿戴式代谢物传感检测技术
第一节 概述
一、连续无创生化传感技术的需求
二、可穿戴无创生化传感技术
三、生化代谢物穿戴式传感技术的挑战与展望
第二节 穿戴式血糖测量
一、穿戴式血糖测量概述
二、穿戴式血糖测量方法
三、穿戴式血糖测量的示范应用
四、血糖测量方法的总结与展望
第三节 其他代谢物测量
一、胆固醇的测量
二、乳酸的测量
三、肌酐的测量
第四节 代谢物测量中的穿戴式应用
一、智能运动腿套
二、多功能穿戴式柔性汗液传感器
三、穿戴式代谢物测量的总结与展望
第五节 本章小结
第三章 柔性接触式传感检测技术
第一节 柔性接触式传感器概述
一、柔性电子皮肤及其发展
二、柔性材料及其加工技术
三、柔性接触式传感器及其应用
第二节 柔性电子皮肤穿戴式传感器
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