Evolution of nanostructured skin patches towards multifunctional wearable platforms for biomedical applications

Abstract

Nedávné pokroky v oblasti kožních náplastí podpořily vývoj nositelné a implantovatelné bioelektroniky pro dlouhodobé, nepřetržité řízení zdravotní péče a cílenou terapii. Návrh elektronických náplastí na kůži (e-skin) s roztažitelnými součástmi je však stále náročný a vyžaduje důkladné pochopení vrstvy substrátu připojitelného ke kůži, funkčních biomateriálů a pokročilé elektroniky s vlastním napájením. V tomto obsáhlém přehledu představujeme vývoj kožních náplastí od funkčních nanostrukturních materiálů přes multifunkční a stimulačně reagující náplasti k flexibilním substrátům a novým biomateriálům pro e-kožní náplasti, včetně výběru materiálu, návrhu struktury a slibných aplikací. Diskutovány jsou rovněž natahovací senzory a samonapájecí náplasti na kůži, od elektrické stimulace pro klinické postupy až po nepřetržité monitorování zdraví a integrované systémy pro komplexní řízení zdravotní péče. Integrovaný energetický harvester s bioelektronikou navíc umožňuje výrobu samonapájecích elektronických kožních náplastí, které mohou účinně řešit zásobování energií a překonat nevýhody vyvolané objemnými zařízeními poháněnými bateriemi. Aby však bylo možné plně využít potenciál, který tyto pokroky nabízejí, je třeba vyřešit několik problémů, které se týkají elektronické kožní náplasti příští generace. Na závěr jsou uvedeny budoucí příležitosti a pozitivní výhledy na budoucí směřování bioelektroniky. Předpokládá se, že inovativní návrh materiálů, konstrukční inženýrství a důkladné studium základních principů mohou podpořit rychlý vývoj elektronických kožních náplastí a nakonec umožnit, aby lidstvu prospěly bioelektronické systémy s vlastním napájením v uzavřeném okruhu.