可穿戴生物傳感器通過(guò)對(duì)健康參數(shù)的連續(xù)、微創(chuàng)監(jiān)測(cè)，正在變革醫(yī)療健康領(lǐng)域。傳統(tǒng)可穿戴設(shè)備主要用于測(cè)量生理信號(hào)，而近年來(lái)的進(jìn)展使得通過(guò)多種人體生物流體對(duì)微生物標(biāo)志物進(jìn)行生化傳感成為可能。這些生物標(biāo)志物為感染的診斷和管理提供了寶貴信息?？纱┐魑⒘骺仄骷荚谥苯訌娜梭w采集這些生物流體，并快速識(shí)別微生物特征及相關(guān)的宿主反應(yīng)。此外，一些可穿戴設(shè)備將活微生物直接作為功能組件，為生物傳感和治療遞送開辟了新途徑。人工智能（AI）的整合改進(jìn)了對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流的解讀，并促進(jìn)了精準(zhǔn)且具適應(yīng)性的決策制定。據(jù)麥姆斯咨詢介紹，西安交通大學(xué)的研究人員近期在Lab on a chip期刊上發(fā)表了一篇題為“AI-enabled wearable microfluidics for next-generation infection monitoring and therapeutics”的綜述性論文。該綜述從綜合視角探討了基于人工智能的可穿戴微流控技術(shù)，重點(diǎn)關(guān)注微生物生物標(biāo)志物以及活微生物作為傳感及治療元素，全面介紹了微生物生物傳感器與人工智能驅(qū)動(dòng)的微流控分析技術(shù)相結(jié)合的發(fā)展成果，探討了它們?cè)诙喾N生物流體中的突破性進(jìn)展，并著重闡述了支持這些系統(tǒng)的機(jī)械醫(yī)學(xué)。
傳統(tǒng)基于實(shí)驗(yàn)室的感染診斷方法在即時(shí)決策方面，往往受到有創(chuàng)采樣和耗時(shí)流程的限制?？纱┐魑⒘骺叵到y(tǒng)是醫(yī)療保健領(lǐng)域的一項(xiàng)進(jìn)步，它能夠通過(guò)對(duì)體液的實(shí)時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)微生物感染的快速、無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)。圖2 人體生物流體中病原體示意圖，包括眼淚、唾液、傷口液、呼出氣冷凝液、間質(zhì)液、汗液和尿液，以及相關(guān)的可穿戴設(shè)備外周生物流體，如傷口滲出液、汗液、間質(zhì)液、唾液、眼淚和尿液，含有濃度可觀的生物標(biāo)志物，這些標(biāo)志物對(duì)感染診斷具有重要價(jià)值。這些平臺(tái)將電化學(xué)、光學(xué)和分子傳感技術(shù)與集成微流控設(shè)計(jì)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)護(hù)理點(diǎn)的持續(xù)監(jiān)測(cè)。文章綜述了基于皮膚液、黏膜液的感染診斷，基于呼吸道液體以及尿液診斷的最新進(jìn)展。除了檢測(cè)微生物生物標(biāo)志物外，近期的進(jìn)展現(xiàn)在正利用活的微生物本身作為可穿戴微流控平臺(tái)中的功能組件。這些生物集成系統(tǒng)利用了工程微生物獨(dú)特的生物學(xué)特性，包括它們感知環(huán)境刺激、產(chǎn)生生化輸出以及生成生物能源的能力。通過(guò)結(jié)合合成生物學(xué)和微流控技術(shù)，微生物為環(huán)境傳感、個(gè)性化診斷和實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)提供了創(chuàng)新解決方案。文章綜述了用于在體傳感的活體生物傳感器、可攝入微生物診斷平臺(tái)方面的最新進(jìn)展，以及當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)展望。人工智能在面向微生物檢測(cè)和治療的可穿戴微流控系統(tǒng)中的整合可穿戴生物傳感器日益復(fù)雜，產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)集，其中包括來(lái)自多種生物標(biāo)志物和物理參數(shù)的連續(xù)測(cè)量數(shù)據(jù)。機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）、深度學(xué)習(xí)（DL）和數(shù)據(jù)融合技術(shù)等人工智能正越來(lái)越多地融入可穿戴和微流控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)信號(hào)解讀、生理變異性校正以及感染相關(guān)生物標(biāo)志物的快速分類。文章總結(jié)了用于提高診斷精度的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，應(yīng)用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合與人工智能優(yōu)化傳感性能的最新進(jìn)展，以及人工智能驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)治療控制。盡管人工智能在加強(qiáng)可穿戴設(shè)備感染監(jiān)測(cè)方面前景廣闊，但技術(shù)和臨床層面的障礙依然存在。傳感器的異質(zhì)性、噪聲以及用戶或設(shè)備間的差異性，使得可靠的數(shù)據(jù)整合變得復(fù)雜。運(yùn)動(dòng)偽影、缺失值和環(huán)境干擾進(jìn)一步降低了信號(hào)質(zhì)量。因此，在有限數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練的人工智能模型往往難以在不同人群中推廣，從而導(dǎo)致偏差和性能下降。此外，大多數(shù)算法如同“黑箱”一般運(yùn)行，這阻礙了臨床醫(yī)生的信任，并在高風(fēng)險(xiǎn)感染監(jiān)測(cè)中引發(fā)擔(dān)憂。隱私和安全限制也制約了集中式數(shù)據(jù)共享，限制了訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的多樣性，降低了模型的穩(wěn)健性。這些挑戰(zhàn)凸顯了對(duì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪Ｐ驮O(shè)計(jì)、驗(yàn)證和透明輸出的需求。未來(lái)的研究應(yīng)強(qiáng)調(diào)可解釋人工智能，以提高透明度和臨床醫(yī)生的信心；強(qiáng)調(diào)在利用多樣化數(shù)據(jù)集的同時(shí)保護(hù)隱私；還應(yīng)強(qiáng)調(diào)多模態(tài)融合架構(gòu)，整合生化、生理和機(jī)械信號(hào)以提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)整合技術(shù)的進(jìn)步使得能夠從多個(gè)信息流中提取互補(bǔ)特征，而驗(yàn)證正逐漸轉(zhuǎn)向前瞻性臨床試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)。這些進(jìn)展有助于開發(fā)具有可解釋性、隱私保護(hù)性和臨床驗(yàn)證性的人工智能可穿戴設(shè)備，為其融入感染監(jiān)測(cè)和個(gè)性化決策支持鋪平道路。可穿戴微流控系統(tǒng)中的機(jī)械醫(yī)學(xué)
機(jī)械醫(yī)學(xué)研究機(jī)械力和物理環(huán)境如何調(diào)控生物過(guò)程，并認(rèn)識(shí)到這些信號(hào)會(huì)影響細(xì)胞和微生物行為中的生化信號(hào)。研究人員總結(jié)了近期這方面的研究進(jìn)展，表明已將機(jī)械醫(yī)學(xué)視為可穿戴微流控系統(tǒng)的一種創(chuàng)新方法，特別是在感染診斷和治療干預(yù)領(lǐng)域其中，組織、液體和微生物均呈現(xiàn)出可測(cè)量且可操作的力學(xué)特性。未來(lái)的研究方向包括仿生軟致動(dòng)器，以及微流控力學(xué)生物篩選平臺(tái)，這些平臺(tái)可在不同機(jī)械條件下探測(cè)微生物和宿主的反應(yīng)。
人工智能與可穿戴微流控技術(shù)的融合在顯著改善感染診斷和治療方面具有巨大潛力。人工智能驅(qū)動(dòng)的分析技術(shù)使可穿戴設(shè)備能夠準(zhǔn)確解讀復(fù)雜的生理和生化信號(hào)，并根據(jù)患者個(gè)體和環(huán)境變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。盡管如此，這種整合了微生物的可穿戴平臺(tái)仍面臨關(guān)鍵的系統(tǒng)級(jí)差距。強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)模型需要在多樣化的患者數(shù)據(jù)上進(jìn)行廣泛訓(xùn)練，以確保準(zhǔn)確性和通用性，并且在處理生物傳感器數(shù)據(jù)時(shí)，必須密切關(guān)注數(shù)據(jù)安全和患者隱私。柔性電子學(xué)、可生物降解材料以及穩(wěn)定的微流控結(jié)構(gòu)方面的進(jìn)展，對(duì)于將這些器件從實(shí)驗(yàn)室原型轉(zhuǎn)化為廣泛可用的臨床工具至關(guān)重要。針對(duì)人工智能驅(qū)動(dòng)的診斷設(shè)備的監(jiān)管策略仍在不斷發(fā)展，需要透明的算法和全面的驗(yàn)證才能獲得臨床批準(zhǔn)。總體而言，集成了微生物和機(jī)械醫(yī)學(xué)的人工智能驅(qū)動(dòng)可穿戴微流控系統(tǒng)為感染診斷、治療和健康管理提供了變革性潛力。通過(guò)持續(xù)的努力和跨學(xué)科合作，可穿戴技術(shù)能夠從根本上改變傳染病管理模式，轉(zhuǎn)向預(yù)防、早期干預(yù)和個(gè)性化護(hù)理，從而顯著改善全球健康。
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