柔性可穿戴传感器能够持续监测人体各种信号。然而，大部分可穿戴设备的设计主要采集皮肤表面信号，这些信号只能揭示有限的健康和疾病信息。深层组织信号，例如电生理、电化学、血液动力学、热学和力学信号等，通常与疾病具有更强的相关性，可以预测症状发作的信号但很少被关注。
美国加州大学圣地亚哥分校（UCSD）徐升教授团队讨论了可以感知深层组织信号的柔性可穿戴设备，重点介绍了电学、电磁学、热学和力学传感方法，研究传感机制、器件设计、制造工艺和传感性能，着重关注组织穿透深度与传感分辨率。最后，讨论了该领域存在的挑战与机遇，并强调了进一步提高传感深度，分辨力，准确性和系统性集成的策略。相关论文以“Soft wearable devices for deep-tissue sensing” 为题发表在Nature Reviews Materials。
可以捕获人体生理信号的柔性可穿戴设备正在逐渐应用于医疗保健产品之中。这类设备拥有着类皮肤的机械特性从而能够实现与皮肤之间的有效耦合，最大限度地减少界面处的能量损失并增强生理信号的收集效率。此外，紧密的设备-皮肤界面减少了电磁噪声和运动伪影的电容耦合，进一步提高了信噪比。与智能算法相结合，可穿戴设备收集的数据可以揭示不同的信号特征，这可以提高我们对疾病的理解，并可以预测急性症状的发作。
在这篇综述中，作者们讨论了可穿戴深层组织传感策略的重要发展，包括电、电磁、热和机械传感，重点关注机制、器件制造和关键性能指标。文中同时展示了诸多无创检测深层组织信号的示例，并研究了提高探测深度，空间和时间分辨率的可能性。最后，作者们讨论了目前该领域所面临的挑战并概述了未来发展的路线图。
图1.：柔性可穿戴器件可捕获的五类深层组织信号， 包括电生理信号，电化学信号，血液动力学信号，组织热学信号，以及器官力学信号
1.电学传感
2.电磁学传感
3.热学传感
4.力学传感
在力学传感中，超声是一种特殊形式的主动振动传感，驱动频率在20 kHz至200 MHz。超声的穿透深度超过10厘米，空间分辨率能达到百微米级别，时间分辨率大约在百赫兹左右。因此，与其他机械探测方式相比，超声传感能够探测更深，空间分辨能力更强，并能够进行多种模态地检测。
上述传感原理为无创或微创式深层组织测量提供了方法。电学、电磁学、热学以及力学传感方法提供了不同的组织穿透深度以及时空分辨率。同时深层组织传感有望成为下一代可穿戴器件的主流传感方式，在传感性能上，对组织穿透深度，传感解析力、 传感精度以及系统集成都提出了新的要求。
文章共同第一作者是林沐阳，胡鸿杰和周赛，通讯作者是徐升教授。通讯单位是加州大学圣地亚哥分校。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41578-022-00427-y
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