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超小型無線電SoC與創(chuàng)新的電池技術結合，使低成本的醫(yī)療電子產(chǎn)品也能連網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）在很短的時間里顛覆了很多行業(yè)。但是，醫(yī)療和醫(yī)藥領域在采用物聯(lián)網(wǎng)的進程中受到了很大的阻礙。

這并不完全令人驚訝。醫(yī)療領域的高度監(jiān)管措施，加上推出新的醫(yī)護技術關系到患者的性命，使得新醫(yī)療設備的開發(fā)周期變得更長。但是，圍繞功率、尺寸和成本的設計工程困難是使一次性智慧醫(yī)療設備無法廣泛開發(fā)和采用的最大因素。

對于開發(fā)人員而言，想要設計能滿足必要的尺寸、功耗和成本要求的基于IoT的醫(yī)療設備，現(xiàn)在有一個途徑可供選擇。

開發(fā)一次性智慧醫(yī)療設備的主要障礙之一是成本。在小尺寸的設計中集成SoC和必要的外部元件，例如血壓儀、血糖儀或藥物吸入器，成本會比較昂貴。成本貴的原因在于：需要兩個晶振而不是單個低功耗晶振；四層PCB板，而不是相對便宜且簡單的雙層電路板；以及昂貴的電池。只要物料清單（BOM）成本依然很高，并且產(chǎn)品沒有做到小型化，那么聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療設備被大眾市場采用的速度就會非常慢。

除了BOM成本外，醫(yī)療設備設計人員還必須應對功耗問題。一次性醫(yī)療產(chǎn)品必須具有較長的貨架壽命。18個月到幾年的產(chǎn)品保質(zhì)期并不罕見，加上幾周到幾個月的相對較短的活躍使用壽命。在貨架期間，產(chǎn)品可能會因自放電、泄漏電流、以及產(chǎn)品本身原因而導致電池容量下降。那么當開始使用產(chǎn)品時，可能沒有足夠的電池容量來支撐完成整個使用周期。顯然，患者和醫(yī)生都需要IoT醫(yī)療設備是可靠的，既能治療患者，又能提供必要的數(shù)據(jù)以確保劑量和測試正確進行。

最后還有個一次性的問題。一次性醫(yī)療設備的性質(zhì)是，它們只被使用14天到2個月不等。考慮到使用壽命短和成本高，保險公司自然不愿意把它們納入到保險范圍中。

解決所有這些挑戰(zhàn)的答案在于電池，具體來說，是實現(xiàn)一次性氧化銀或印刷電池的使用。近來，高能量薄膜鋰電池和印刷可充電鋅電池都已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化。但是，對于這些技術是否已準備好進行大規(guī)模采用還存在疑問。

與傳統(tǒng)的電池制造技術相比，通過3D打印制造電池具有多個優(yōu)勢。一方面，可以將電池組件直接印刷在裝有其它電子器件的PCB板上。這樣一來，可以去掉分立電池所需的組裝和封裝步驟。另外，印刷工藝也可以實現(xiàn)較復雜的電池架構，這種架構或許無法通過其他方式實現(xiàn)。印刷方法可以調(diào)節(jié)電極的形狀和厚度，并印刷穩(wěn)定且安全的固態(tài)電解液。

印刷鋅電池看起來比較有前景。Impact Energy的一種此類電池使用了穩(wěn)定、可充電且不需要密封容器的高電導率聚合物電解液（HCPE）。由于化學物質(zhì)是基于鋅而不是鋰，因此避免了一些鋰技術相關的安全問題。此外，鈦酸鋰（LTO）和磷酸鐵鋰（LFP）是3D打印電池中常用的陽極和陰極材料，不過，碳納米材料也有望用作電極。碳納米管和碳納米纖維由于其高機械強度、高化學穩(wěn)定性、大比表面積、以及優(yōu)異的電學和熱學性質(zhì)，而被廣泛用于印刷油墨中。

此外，印刷電池電解液也有助于降低制造成本。電解液充當催化劑，促進離子在充電時從陰極到陽極的移動，并在放電時進行相反方向的移動。電解液材料在電池的電化學性能、壽命周期和安全性方面起著關鍵作用。

在印刷電池可以實現(xiàn)廣泛的商業(yè)化之前，仍然存在許多挑戰(zhàn)。其中一個問題是，目前只有少數(shù)可印刷活性材料可用作印刷油墨。此外，要表征電池油墨作用在其他油墨上時的行為表現(xiàn)，還有很多工作要做。盡管在電極和電解液材料方面已經(jīng)進行了大量工作，但集流材料還需要進行一系列的優(yōu)化。

技術就緒后，醫(yī)療保健應用將可能從超薄3D打印的電池中受益匪淺。使用印刷電池的智能皮膚貼片（skin patch）已經(jīng)商業(yè)化。智能皮膚貼片使用層狀（laminar）電池，通常采用部分印刷，再加上印刷的電極圖案，通過皮膚輸送藥物、護膚品和其他化學物質(zhì)。醫(yī)療診斷設備或?qū)⑹芤妗?/p>

無線傳感器/網(wǎng)絡應用也將受益。在這個領域，趨勢是將能量收集與薄型電池相結合，以減小封裝尺寸。類似的，新的小型電池將成為電池供電無源RFID的福音，盡管目前主要使用紐扣電池。智能卡應用程序是另一種應用，一些薄膜電池技術已對層壓入卡進行了優(yōu)化，不過對于一次性使用而言價格可能太高。

高峰值電流會降低電池容量和縮短使用壽命。DC-DC轉(zhuǎn)換器中可能會產(chǎn)生高浪涌電流，這些電流傾向于在電源輸入上合并大量電容，以避免電源軌上發(fā)生壓降。最初通電時，這些電容器的充電會導致浪涌電流，可能會超過額定負載電流。如果不解決這個問題，那么高電流會導致電壓軌失調(diào)，可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定或使其處于不可預測的狀態(tài)。有多種限制浪涌電流的方法。例如，一些BLE器件內(nèi)置了限流器。

總而言之，醫(yī)療設備的審核周期很長，在進入主流市場前，可能需要幾年的過程。但是，這些設備在患者護理方面具有改變游戲規(guī)則的潛力，而這一切從解決這些長期存在的設計挑戰(zhàn)開始。

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