在健康監測的賽道上，大家是不是覺得手腕上的智能手環已經很厲害了？能測心率、步數，還能看看睡眠質量。但今天得跟大家系統性分享耳部軟電子技術的前沿研究成果，它使得耳朵可能會成為健康監測的“新寵兒”！

近日，西安交通大學仿生工程與生物力學研究所（BEBC）方云生特聘研究員、徐峰教授和西安交通大學第一附屬醫院耳鼻咽喉頭頸外科李白芽副主任醫工交叉團隊在Advanced Functional Materials（影響因子：18.5）上發表了 “Ear-area Soft Electronics for Advanced Healthcare Monitoring”的綜述文章，為我們揭示了耳部軟電子技術在人體健康監測方面的巨大潛力。

該綜述系統介紹了耳部的解剖學結構、常見疾病以及對應的治療手段，基于這些基礎知識探討了耳部醫療領域最新的生物電、生物物理、生物化學以及多模態檢測技術的研究成果，并全面總結了新型材料與技術在耳部疾病診斷與治療中的科研進展。此外，文章還深入探討了在數字化時代，基于先進技術的耳部健康智能監測系統在傳感器研發、數據解析、能源供應以及人機交互等方面所面臨的當前難題和未來發展趨勢。最后，文中還特別強調了在臨床實際應用過程中，耳部相關醫療產品在穩定性、患者適配度、成本控制、行業標準統一以及法律法規遵循方面所面臨的挑戰，為耳部健康管理的未來發展提供了全新思路。圖1展示了在新材料、電子技術、人工智能和物聯網等前沿技術快速發展的大背景下，基于耳部軟電子設備用于人體生物電、生物物理、生物化學和多模態生理信息監測的概念圖。

圖1. 耳部軟生物電子設備用于人體健康監測系統的概念圖

耳朵，可不只是個聽聲音的器官，它簡直就是人體健康的“信息寶庫”（圖2）。從臨床角度看，耳朵的結構超復雜，外耳、中耳、內耳各有分工，還和大腦、肌肉、血管緊密相連，神經分布也特別密集。它就像一個精密的小宇宙，里面藏著無數關于我們健康的秘密。比如說，通過耳朵能采集到腦電（EEG）、心電（ECG）、肌電（EMG）等生物電信號，這些信號能直接反映神經興奮性、心臟活動和肌肉狀態。耳內毛細血管的光學特性還能實現無創血流動力學監測，就連耳膜溫度都能當作核心體溫的可靠指標，耳部分泌物也能透露我們的精神狀態。這么看來，耳朵簡直就是人體健康的“晴雨表”，只是以前沒被好好利用罷了。

圖2. 耳部軟生物電子設備用于人體人體健康監測的物理基礎和特征

在 5G 和物聯網技術蓬勃發展的時代背景下，耳部軟電子技術嶄露頭角。這種技術制造的設備就像為耳朵量身定制的 “智能鎧甲”，能夠完美貼合耳朵的復雜形狀，憑借其出色的柔韌性、皮膚貼合性和生物相容性，實現對多種生物信號的精準采集與分析。接下來，咱們詳細看看這些神奇的耳部軟電子設備都有啥本事。

先說說耳部軟生物電電子設備。生物電是人體生理活動的 “隱形指揮官”，對維持人體正常的生理功能起著至關重要的作用。我們的大腦在思考、睡眠時，神經元之間通過生物電信號進行著復雜而有序的信息傳遞；心臟的每一次跳動，都伴隨著生物電的規律性變化，這些變化精準地調控著心臟的收縮與舒張；肌肉的運動同樣依賴生物電的刺激，使我們能夠自由活動。可以說，生物電貫穿于人體生命活動的每一個角落，反映著身體各個器官和系統的運行狀態。耳部軟生物電電子設備正是基于人體生物電的傳導特性來實現健康監測的。想象一下，有個小設備能塞進耳朵里，像個忠誠的小衛士一樣，24小時監測你的大腦活動（圖3）。比如SpiralE耳腦電監測裝置，它能精準采集腦電信號，信號質量比在頭皮上采集的還要好，對睡眠監測、癲癇診斷這些都超有幫助。還有一種干接觸式設備，能放在耳朵里收集腦電信號，評估睡眠質量，比傳統的睡眠監測方法方便太多了。而且，通過優化算法、選對監測位置和電極材料，耳心電信號監測也越來越精準，對心律失常等心臟疾病的診斷意義重大。

圖3. 生物電信號監測

再看看耳部軟生物物理電子設備。這類設備在人體健康監測中同樣占據著重要地位，它利用多種物理原理，從不同角度為我們提供豐富的健康信息（圖4）。例如，心血管系統的健康狀況直接關系到人體的整體健康，而耳部軟生物物理電子設備能夠實時、精準地監測心率、血壓、血氧飽和度等關鍵指標。其監測原理主要基于光、力、聲等物理現象。以光電容積脈搏波（PPG）技術為例，耳內毛細血管中的血液在心臟跳動的作用下會發生周期性的充盈和排空，導致光線在血液中的吸收和反射發生變化。PPG 傳感器通過發射特定波長的光，并檢測反射光的強度變化，就能轉化為反映心率、血壓等信息的電信號。另外，集成在耳機中的摩擦電傳感器利用摩擦起電的原理，能夠將耳部周圍肌肉運動、動脈血流產生的微小機械振動轉化為電信號，從而實現對耳后動脈和顳淺動脈血流情況的監測，還能借助聲音測量心率和心率變異性，為心血管疾病的預防和診斷提供有力支持。

圖4. 生物物理信號監測

耳部軟生化電子設備也不甘示弱。體的代謝過程會產生各種生化物質，這些物質的含量變化往往能反映出身體的健康狀況。耳朵的汗液和間質液中含有豐富的生化標志物，如酒精代謝物、皮質醇、葡萄糖等，它們就像身體的 “健康指示燈”，一旦出現異常，可能預示著身體存在某些問題（圖5）。耳部軟生化電子設備主要通過微流控技術和電化學、光化學檢測方法來監測這些生化標志物。微流控技術能夠精確地收集、運輸和分析微小體積的生物流體樣本。電化學檢測是讓分析物與傳感器電極直接接觸或與酶修飾電極發生反應，通過測量電流、電位等電信號的變化來確定分析物的濃度。光化學檢測則是利用酶催化分析物的氧化還原反應，使反應過程中釋放出熒光，通過檢測熒光強度來實現對目標分析物的檢測。這兩種檢測方法相互結合，能夠為我們提供多維度的生化信息，幫助我們更好地了解身體的代謝情況，比如判斷運動強度是否合適，為糖尿病患者提供血糖監測等。

圖5 生物化學信號監測

單一的監測手段難免有局限，所以耳部軟多模態電子設備就應運而生了。人體是一個復雜的系統，單一的監測方式往往只能獲取部分信息，難以全面、準確地評估健康狀況。而耳部軟多模態電子設備則像是一個“超級健康監測站”，它整合了生物電、生物物理和生化等多種監測手段，能夠同時從多個維度采集人體健康數據。這種設備的工作原理是將不同類型的傳感器集成在一起，協同工作。例如，將生物電傳感器、生物物理傳感器和生化傳感器整合在一個小巧的設備中，同時監測腦電、心電、心率、血壓、血糖等多種生理指標。通過對這些多維度數據的綜合分析，能夠更全面地反映人體的健康狀態，對疾病進行更準確的診斷。比如，將腦電和肌電信號結合，可以更全面地評估神經系統功能；將生物物理和生化監測結合，有助于篩查月經周期紊亂、庫欣綜合征等復雜疾病，為個性化醫療提供更精準的依據（圖6）。

圖6 多模態生物信號監測

盡管耳部軟電子技術前景廣闊，但目前仍面臨一些挑戰。從技術層面看，材料選擇就很關鍵，要兼顧柔韌性、導電性和生物相容性。電源供應也得好好研究，得找到高效、可持續的供電方式，讓設備能長時間穩定工作。電路設計要更優化，減少干擾，適應不同環境。信號處理方面，得想辦法去除運動偽影，提高數據準確性。無線通信也得更安全、高效，讓數據傳輸又快又穩。從實際應用角度看，還得解決設備與現有技術的兼容性問題，提高用戶接受度，控制成本，建立統一的標準（圖7）。

圖7. 耳部軟生物電子設備未來發展從傳感器系統、數據處理和轉化方面的展望

未來，耳部軟電子技術有望成為個性化醫療的重要組成部分。想象一下，以后我們戴著一副智能耳機，就能實時掌握自己的健康狀況，及時發現潛在疾病風險，實現真正的“治未病”。這一技術還可能推動可穿戴和植入式電子設備的大變革，讓醫療監測變得更便捷、高效。說不定哪天去醫院看病，醫生不用再給你戴各種復雜的儀器，只看看你耳朵上的小設備，就能對你的健康狀況了如指掌。期待在科研人員的努力下，耳部軟電子技術會越來越成熟，走進我們的日常生活，為我們的健康保駕護航。

西安交通大學電氣學院大三本科生俞越和電信學部大三本科生張浩宇為論文的共同第一作者，西安交通大學仿生工程與生物力學研究所（BEBC）方云生特聘研究員、徐峰教授、與西安交通大學第一附屬醫院耳鼻咽喉頭頸外科李白芽副主任為論文的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、西安交通大學青年拔尖人才基金、航空科學基金、生命學院-第一附屬醫院醫工交叉項目等支持。

方云生研究團隊致力于開發柔性可穿戴智能生物診療系統，目前著力于可穿戴超聲設備的開發和人體深組織診療，開展了生物傳感、智能診療和設備開發等理工醫多學科交叉創新研究。通過理論和實驗探究擬揭示多模態生化和物理信息影響人類重大疾病的發生發展規律和機制，開發生物醫學信息提取/處理、理解/認知和干預/調控的關鍵技術和設備。相關研究為解決可穿戴生物電子系統在復雜環境應力條件下面臨的生物傳感器大規模制造（難點一）、智能健康數據處理（難點二）以及診斷治療一體化集成系統（難點三）這三大技術挑戰提供了理論和實驗支撐,為解決跨多學科的耦合設計和電子系統-人體系統的界面-力學-交互的多維集成，提供了可靠的理論指導和技術支撐。目前已在主流期刊上發表論文40余篇，其中以第一/共同第一作者或通訊/共同通訊作者在Chemical Society Reviews、Advanced Materials（2篇）、The Innovation、Materials Today（2篇）、Matter（3篇）、ACS Nano（2篇）、Advanced Functional Materials（2篇）等期刊發表論文30余篇，被引用3800余次，6篇入選ESI高被引論文，7篇被選為封面文章，H因子31；申請中國發明專利9項(5項已授權)。目前還擔任The Innovation(IF =33.2)、SmartMat(IF =15.3)、Nano-Micro Letters(IF =31.6)、Advanced Fiber Materials(IF =17.2)、Med-X和Soft Science等多個國際高水平期刊青年編委。

更多信息請訪問：

https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/yunshengfang

西安交通大學仿生工程與生物力學研究所(BEBC)圍繞“科學研究-技術研發-工程應用-臨床推廣”的學術思想和“臨床問題 (BED)-實驗室研究 (BENCH)-臨床應用 (BED)”的研究思路，在力學微環境領域開展了從組織到細胞和分子尺度的多尺度生物熱-力-電耦合學等基礎和應用研究，為闡明重大疾病的發病機理和臨床診療提供有效的理論指導和技術方案。特別是近年來，在生物力學和力學生物學的研究基礎上，通過工程學手段，將不同尺度的力學調控引入疾病治療，開展了一系列基于生物力學和力生物學的力醫學（Mechanomedicine）研究，相關研究成果發表于Nature Materials (2017, 2022)、Nature Chemistry (2019)、Nature Biomedical Engineering (2020，2021)、PNAS (2022，2023)、Nature Communications (2023, 2022, 2021)、 Nature Reviews Bioengineering (2023) 、 Science Advances (2023, 2019)等期刊。

Yu, Y.#, Zhang, H. Y.#, Pan, X. S., Yuan, M., Sun, Y. Y., Han, P., Quan, F., Li, B. Y.*, Xu, F.*, Fang, Y. S.*, Ear-area Soft Electronics for Advanced Healthcare Monitoring. Advanced Functional Materials, 2025,

DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202505046

來源：高分子科學前沿

聲明：僅代表作者個人觀點，作者水平有限，如有不科學之處，請在下方留言指正！