全球人口的诊断、治疗和护理后康复解决方案在可及性、质量和临床结果方面各不相同。事实证明，集中式、通用式的医疗保健模式在提供可及性、可负担性和高质量的医疗保健方面效率低下。个性化医疗可以潜在地用于改善医疗结果，但实施仍然是一个相当大的挑战。智能织物可以观测人的生理状态，并可用于现场临床监测和干预，这种纺织品可以提供医疗和经济效益，从疾病预防、改善临床结果和生活质量，到提高生产率、减轻医疗负担和降低医疗成本。硬件和软件的限制——制造、可伸缩性、网络集成和用户等问题——阻碍了智能纺织品在个性化医疗保健中的使用。然而，小型化和低功耗技术的发展，以及它们成功地融入纺织品，意味着具有合适的可穿戴性的多功能智能纺织品保健平台已经问世。此外，5G网络的扩展和物联网(IoT)的渗透意味着数据中继和介入周转速度的限制正在得到解决。此外，社会上有一些精通技术、采用可穿戴设备的群体，这表明现在是智能纺织品在个性化医疗领域扩展的最佳时机。
近日，加州大学洛杉矶分校陈俊教授团队系统综述了智能织物在个性化医疗中的应用。作者研究了不同的平台技术、不同的制造策略以及它们所使用的临床场景的范围，还探讨了当前的商业和监管环境，并考虑了数据管理的问题。最后，作者展望了将这些技术平台转化为商业应用所需的关键步骤。相关工作以“Smart textiles for personalized healthcare”为题发表在最新一期的《Nature Electronics》。陈俊教授团队博士研究生Alberto Libanori和Guorui Chen为本文的共同第一作者。
图1. 智能医疗纺织品平台技术发展时间表。20世纪90年代，将电子设备嵌入服装，随后又被应用到医疗保健领域。纳米电子学和材料科学平台技术的发展带来了大量的诊断、治疗和应用。
图2. 智能医疗纺织品的制造策略。a、智能纺织品所使用的原材料。功能材料被嵌入到预制的纺织基板上。b、智能纺织品的制造策略。功能材料可以通过涂层、纺丝、印刷和热拉伸等技术直接在纤维内部制造。c、用于智能纺织品的构造。各种纤维层的部署有助于智能纺织品的功能化。d、纺织级结构是指纱线可以以非织造的方式编织、针织或集成，纺制成大规模的智能纺织品。
图3. 智能诊断织物。a，用于无线测量心血管参数的花状纺织传感器示意图。b，采集老年患者的脉搏波形。c，生物力学-电信号转换软系统中的巨磁弹性效应。d，由导电纱编织1D软纤维而成的纺织MEG。e、纺织MEGs可在大汗或水下准确地将动脉脉搏波转换为电信号，无需封装。f，大型触觉传感纺织品照片。比例尺0.5 cm。g，由PEDOT组成的导电柔韧丝片，作为表皮传感器监测肌电图信号。h，一种用于葡萄糖、[Na+]、[K+]、[Ca2+]和pH监测的电化学传感纺织品。i，纺织品能够从人体及其周围环境中获取可再生能源，为诊断设备提供可持续的能源。j，一种光可充电纺织品，包括纺织品太阳能电池和纺织品电池。
图4. 智能治疗织物。a，智能手套，作为手语-言语翻译和交流的辅助治疗。PCB，印刷电路板。b，从美国手语手势及其字母表示中生成电信号模式。c，用于手语翻译的移动用户界面。d，一种Ti3C2Tx MXene纺织品，具有自控制焦耳加热，用于热疗和杀死伤口周围的细菌。e，一种智能的伤口敷料织物，可为患者量身定做剂量和给药时间。f，与对照组相比，使用药物释放织物的创面床肉芽组织沉积增加3倍。g，一种由离子导电的有机凝胶纤维编织而成的TENG纺织品，能够产生电场，加速伤口愈合。h，在对照组和凝胶-纺织TENG条件下，14天后创面区CD34表达的免疫染色图像。i，由电源、显示和信息输入模块组成的纺织综合系统。比例尺，2厘米。
图5. ATBAN(Autonomous textile body area networks)提供个性化医疗服务。a, 服装上的自主纺织体区域网(ATBAN)，可并行监测代谢物(生物分子分析)、机动性(压力监测)、心血管功能(心率监测)和发热状态(温度监测)。b，通过诊断节点(绿色)、治疗节点(黄色)、能量节点(蓝色)和数据处理节点(灰色)，各种ATBAN个性化医疗功能。c，总结关键的硬件和软件重点为最佳的ATBAN开发。
图6. 智能医疗纺织品的未来趋势。a，智能技术的物质基础重点领域。b，采用先进制造技术优化器件设计。c，提高智能纺织品在实际应用中的可靠性。d，纺织电子元器件的系统级集成和优化，以改善医疗保健结果。e，智能医疗纺织品在临床实践和转化研究中的应用场景。f，在工业层面上与医疗保健纺织品规模化相关的宏观考虑。
作者介绍
陈俊博士现任加州大学洛杉矶分校生物工程系助理教授，并创建了可穿戴生物电子实验室，致力于以纳米技术和生物电子为基础，以智能织物、可穿戴器件和人体局域网为形式的，在能源、传感、环境和医疗领域内的前沿应用研究。已经出版书籍2册，论文220多篇，其中以通信作者在Chemical Reviews (2), Chemical Society Reviews (2), Nature Materials, Nature Electronics (3), Nature Communications (2), Science Advances, Joule (3)、Matter (6) 等刊物发表论文120篇余篇。其作品七次入选《自然》和《科学》杂志研究热点，并被 NPR、ABC、NBC、路透社、CNN、《华尔街日报》、《科学美国人》、《新闻周刊》等世界主流媒体共计 1200 余次。此外，他还申请了 14 项美国专利，其中一项获得了许可。他目前的H指数为80，连续2019，2020, 2021年入选Web of Science 全球高被引学者。陈俊博士现任Biosensors and Bioelectronics 杂志的副主编，也是Matter, Nano-Micro Letters、Materials Today Enregy等国际期刊的编委会成员。
陈俊博士最近获得的奖项与荣誉包括ACS PMSE Young Investigator Award ; Materials Today Rising Star Award, Fellow of International Association of Advanced Materials; Materials Thought Leaders by Azom; 30 Life Sciences Leaders To Watch by Informa, UCLA Society of Hellman Fellows Award, Okawa Foundation Research Award, Advanced Materials Rising Star, ACS Nano Rising Stars Lectureship Award, Chem. Soc. Rev. Emerging Investigator Award, JMCA Emerging Investigator Award, Nanoscale Emerging Investigator Award, Frontiers in Chemistry Rising Stars, IAAM Scientist Medal, 2020 Altmetric Top 100, Top 10 Science Stories of 2020 by Ontario Science Centre, Highly Cited Researchers 2020/2019/2021 in Web of Science, MINE2020 Young Scientist Excellence Award.