醫(yī)療器械的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可伸縮柔性電路

（文章來源：大比特資訊）

當(dāng)前，新的醫(yī)療器械設(shè)計(jì)的前沿技術(shù)之一是具有可伸縮性、可穿戴性的產(chǎn)品，它們可以附著在病人或設(shè)備上，并能承受運(yùn)動(dòng)和操作等損耗。

約翰·羅杰斯博士是伊利諾伊大學(xué)的工程學(xué)教授，他是許多可伸縮材料電子學(xué)研究人員中的一員。羅杰斯認(rèn)為，柔性微電子電路軟材料是構(gòu)建可伸縮、可穿戴電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)。羅杰斯還表示：“與身體相融合的特征需要與身體相匹配。因此，你需要組織狀的電子產(chǎn)品，它可以層壓，并以完全自然、完全無創(chuàng)的方式接觸身體的不同器官?！?/p>

這些材料采用了復(fù)雜的電路，以用來為醫(yī)療設(shè)備和其他產(chǎn)品創(chuàng)建多用途的電子系統(tǒng)。這樣的創(chuàng)新目前正處于發(fā)展的早期階段，但羅杰斯預(yù)測(cè)，在未來幾年，它們將成為醫(yī)學(xué)上的實(shí)質(zhì)性應(yīng)用。潛在用途包括可以作為“網(wǎng)狀皮膚”的薄膜、用于植入人腦、嵌入紡織品中、集成到封裝中等應(yīng)用領(lǐng)域。

柔性材料是通過互連來激活的，這就是連接器技術(shù)將發(fā)揮關(guān)鍵作用的地方。具有適當(dāng)互連性、接口和兼容性的極小型化連接器將對(duì)高性能可伸縮電子產(chǎn)品至關(guān)重要。

“質(zhì)量和可靠性是我們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域里從客戶那里了解到的關(guān)鍵要求?！?a href="http://www.ttokpm.com/tags/rs/" target="_blank">RS Components North America高級(jí)副總裁卡梅隆·沃德（Cameron Ward）表示。這是一家連接器和部件選擇的分銷商，該公司促進(jìn)了包括可伸縮器件在內(nèi)的微電路和納米技術(shù)產(chǎn)品的連接器和組件發(fā)展。同時(shí)他還認(rèn)為這些產(chǎn)品的需求將在未來幾年持續(xù)增加，經(jīng)銷商可以在引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)時(shí)提供幫助，也可直接與制造商合作，傳達(dá)設(shè)計(jì)師的要求，并首先將最新組件推向市場(chǎng)。

RS Components提供各種產(chǎn)品，為柔性電子產(chǎn)品提供方案，包括MikroElektronika Hexiwear Wearable Development Kit MIKROE－2026 和the DFRobot Bluno Beetle Wearable Development Board DFR0339．

可伸縮電子產(chǎn)品采用了由超薄的硅和銅制造的電路。傳統(tǒng)上，硅片是剛性的，但當(dāng)硅可以制造成超薄時(shí)，它可以安裝在彈性基板上，也可以應(yīng)用在橡膠狀基板上做成網(wǎng)格圖案。這種彈性體或橡膠基板是柔性的，可從不彎曲到彎曲，然后再回到不彎曲，提供可伸縮、光子電路等特性，衍生出各種類型的產(chǎn)品。它是導(dǎo)電的，通常包括一個(gè)完整的電源，并且可以傳輸和發(fā)射信號(hào)，可做成一個(gè)復(fù)雜的、可伸縮的和可穿戴的產(chǎn)品。

這些技術(shù)將使設(shè)計(jì)師能夠創(chuàng)造出能夠監(jiān)測(cè)大腦或心臟活動(dòng)和許多其他參數(shù)的醫(yī)療產(chǎn)品，而不需要一個(gè)剛性的或其他強(qiáng)制性的設(shè)備來檢測(cè)。柔性產(chǎn)品將允許對(duì)病人，甚至好動(dòng)的嬰兒進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)，并且不會(huì)導(dǎo)致不適、運(yùn)動(dòng)限制或反應(yīng)性皮疹等不良反應(yīng)，用普通粘合劑貼在更大的產(chǎn)品上的運(yùn)用也很常見。小尺寸和柔韌性可設(shè)計(jì)在不引人注意的地方，例如在管子內(nèi)安裝設(shè)備來實(shí)現(xiàn)進(jìn)行復(fù)雜的手術(shù)、監(jiān)測(cè)健康標(biāo)記、傳輸實(shí)時(shí)病人數(shù)據(jù)等許多以前不容易實(shí)現(xiàn)的各種功能。

這種精密電路的應(yīng)用在醫(yī)療市場(chǎng)上具有巨大的潛力，但其他市場(chǎng)領(lǐng)域，如制造和封裝，也將受益。作為其歐盟資助項(xiàng)目的一部分，Wurth Elektronik正在開發(fā)復(fù)雜的彈性電路，這涉及31家歐洲各行業(yè)的公司。目標(biāo)是開發(fā)出用于封裝、光學(xué)和光子學(xué)、設(shè)備供應(yīng)和測(cè)試的柔性電子產(chǎn)品。該項(xiàng)目名為APPLAUSE（用于歐洲低成本制造的光子學(xué)、光學(xué)和電子學(xué)的高級(jí)封裝），利用歐洲半導(dǎo)體價(jià)值鏈為大批量制造創(chuàng)造出新的工具、方法和工藝。

在美國，佐治亞理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種獨(dú)特的可拉伸材料，可以作為一種簡(jiǎn)單的監(jiān)視器，向醫(yī)生提供病人數(shù)據(jù)。電路可作為粘合繃帶，可以通過儀表板提供簡(jiǎn)單的病人數(shù)據(jù)：例如，心率為每分鐘89次，每分鐘11次呼吸，病人正在行走等。由于可伸縮的形式，病人幾乎不知道它粘附在他們身上。這些數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)傳遞的，并存檔以供今后參考，或用于激活對(duì)病人護(hù)理團(tuán)隊(duì)的警報(bào)。

喬治·W·伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院（George W．Woodruff School of Mechanical Engineering）和佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technology）的助理教授楊煥紅（Woon－Hong Yeo）表示：“這種健康監(jiān)測(cè)儀對(duì)于那些好動(dòng)的幼兒來說有一個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@種柔軟的適形裝置在皮膚上并容納幼兒的好動(dòng)。這種設(shè)計(jì)還能滿足敏感皮膚的電子健康監(jiān)測(cè)需求?！?/p>

可伸縮和可穿戴設(shè)備通常是通過無線發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個(gè)可穿戴設(shè)備?？缮炜s裝置，連同它自己的精細(xì)電路，通常有自己的電源：電池，電容器，甚至太陽能電池等。對(duì)于醫(yī)療應(yīng)用，可穿戴設(shè)備與其他設(shè)備的互連需要高度工程化、輕量級(jí)和可靠的連接器?；ミB性創(chuàng)造了一個(gè)模擬系統(tǒng)，傳達(dá)微小電子信號(hào)。

美國食品和藥物管理局（FDA）將此稱為互操作性，并建議制造商選擇有利于醫(yī)療設(shè)備之間兼容的設(shè)計(jì)解決方案。設(shè)計(jì)輸入應(yīng)包括電子接口的互用性能。理解互操作性風(fēng)險(xiǎn)在于制造商。FDA建議，可互操作醫(yī)療設(shè)備的制造商應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y(cè)試，考慮互操作性，預(yù)期用戶合理可預(yù)見的濫用和合理預(yù)見導(dǎo)致危險(xiǎn)情況等有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。

帕特里克·金揚(yáng)朱（Patrick Kinyanjui）是Fischer Connectors的工程師。他表示，對(duì)于受FDA’s Premarket Notification 501K約束的設(shè)備，重要的是確定可靠的、適合的連接器。病人與照顧者或醫(yī)療專業(yè)人員的需求不同。確保連接器足夠小，雖然尺寸足夠大，通常更容易設(shè)計(jì)產(chǎn)品，但連接器尺寸在可穿戴設(shè)備方面的需求卻是越小越好。

RS組件公司的Ward表示，與一家已經(jīng)審核合格制造商的分銷商合作是滿足這些準(zhǔn)則的一大優(yōu)勢(shì)，而且通過信譽(yù)良好的分銷商直接從制造商那里獲得的組件也意味著設(shè)計(jì)師不需要擔(dān)心灰色市場(chǎng)滲透到他們的供應(yīng)鏈中，這在醫(yī)學(xué)設(shè)計(jì)界是一個(gè)特別嚴(yán)重的問題。

可伸縮電子電路的開發(fā)是新技術(shù)應(yīng)用的一部分，將創(chuàng)造出可伸縮、柔性和具有更多實(shí)用性的新產(chǎn)品。連接器也隨之發(fā)展，以使這些新產(chǎn)品的開發(fā)成為可能。
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