微流控技术：让可穿戴和植入式医疗设备更智能

By 齐云龙

近日，美国普渡大学Ziheng Wang、 Ankit Shah，Hyowon Lee， Chi Hwan Lee在Lab on a chip 上发表了综述文章，总结了微流控技术在可穿戴和植入式生物医学设备中的应用。

这篇文章和我上面介绍的一篇（【改变未来的科技】可穿戴和植入式微流控技术用于未来数字疗法 ）有很强的相关性，一起索引在此。

DOI https://doi.org/10.1039/D5LC00499C

图 1 可穿戴和植入式微流控系统用于持续健康监测的概述。

图 2 可穿戴和植入式微流控器件的材料-方法-应用决策框架。

微流控技术通过在微尺度上实现生物流体的精确、实时分析和控制，正在改变可穿戴和植入式生物医学设备。通过将软性、生物相容性材料与先进的传感和制造技术相结合，这些系统为持续健康监测、靶向药物递送和响应性治疗提供了有前景的解决方案。

本综述概述了设备性能和生物相容性所必需的关键设计考虑因素、材料策略和流体处理机制。文章系统地考察了关键制造方法——包括软光刻、3D 打印、激光微加工和基于纺织的方法——突出了它们在可穿戴和植入式应用中的优势和局限性。探讨了代表性应用案例，如汗液分析、间质液采样、眼部诊断、伤口监测和体内治疗系统，同时分析了长期稳定性、电源管理和临床转化方面的当前挑战。 最后，讨论了涉及生物可吸收材料、人工智能辅助诊断和无线集成等未来方向，这些可能推动下一代个性化微流控医疗系统的出现。

在医疗科技飞速发展的今天，微流控技术正悄然改变着可穿戴和植入式生物医学设备的面貌。这种技术通过在微观尺度上精确操控微小体积的液体，为实时健康监测、精准药物递送和智能治疗提供了强大的支持。

一、微流控技术的魅力

微流控设备就像是一个微型的实验室，能够在微小的芯片上完成复杂的生物化学分析。它利用微米级别的通道和腔室，精确地控制液体的流动和反应，不仅减少了试剂和样本的用量，还大大提高了检测速度和灵敏度。这种技术在医疗领域的应用前景广阔，从可穿戴设备到植入式系统，都能看到它的身影。

二、可穿戴微流控设备：健康监测的“贴身保镖”

可穿戴微流控设备通常设计为与皮肤接触，用于非侵入性或微创的生理监测和治疗。它们可以与汗液、唾液、泪液等生物液体相互作用，实时监测身体的各种生理指标。例如，通过分析汗液中的成分，可以监测脱水、电解质失衡和血糖水平；而唾液检测则可用于监测压力激素和口腔健康指标。此外，智能口罩可以分析呼出的飞沫，检测空气中的病原体；智能隐形眼镜可以监测眼内压和血糖水平，对于青光眼和糖尿病患者来说，这是一种非常实用的监测工具。

三、植入式微流控设备：身体内的“智能助手”

植入式微流控设备则是在体内发挥作用，它们可以实时监测和治疗内部疾病。这些设备能够持续采样内部液体，如血液、脑脊液或组织间液，从而实现对慢性疾病的闭环控制。例如，植入式胰岛素输送系统可以根据血糖水平自动调节胰岛素剂量，减轻糖尿病患者的管理负担。此外，微流控神经探针可以局部输送神经活性化合物，并同时监测神经递质的波动，为帕金森病等神经性疾病的治疗提供了新的工具。

四、技术挑战与未来展望

尽管微流控技术已经取得了显著的进展，但在实际应用中仍面临一些挑战。对于可穿戴设备来说，长期的传感器稳定性、生物污染抵抗能力、机械耐久性以及持续的电力供应是需要解决的主要问题。植入式设备则需要应对免疫反应、纤维化和生物液体渗入等问题，这些问题可能会影响传感器的准确性和治疗功能。此外，设备的小型化、多模态系统的集成、安全的无线通信和云分析的整合也是未来需要解决的关键问题。

未来，微流控技术可能会朝着以下几个方向发展。

首先，生物可吸收材料的应用将避免二次手术，使植入式设备更加安全和方便。

其次，人工智能（AI）辅助诊断将提高诊断的准确性和效率。

最后，无线集成技术将使设备更加智能化和自主化，为个性化医疗提供支持。

微流控技术的发展不仅推动了医疗设备的创新，也为未来的个性化医疗和预防医学带来了新的希望。随着技术的不断进步，我们有理由相信，微流控技术将在医疗领域发挥越来越重要的作用，为人类的健康保驾护航。

图 5 可穿戴微流控器件在生物流体传感和治疗功能方面的代表性应用。(A)基于适配体的电化学汗液传感器用于雌二醇检测。(B)微针赋能的 ISF 生物传感器用于多重代谢物监测。(C)智能生物电子奶嘴用于新生儿唾液离子监测。(D)压力驱动微流控隐形眼镜用于眼部药物递送。(E)伤口渗出微流控贴片带有仿生流体收集器。(F)内垫诊断平台用于多重月经生物标志物检测。(1 和 2)软硅外壳用于嵌入基于纸张的传感器。(3)将器件放置在卫生垫上。(4)在第一流体转移层上进行血液收集。 (5 和 6) 基于毛细管的控制体积摄取及 LFA 测试的完成。

参考文献：

Wang, Shah, Lee, Lee (2025) Microfluidic technologies for wearable and implantable biomedical devices. Lab Chip (IF: 5.4)https://doi.org/10.1039/D5LC00499C