26年可穿戴电子第一篇Nature！

一、研究背景

可穿戴医疗电子设备作为数字时代的新兴电子领域，在带来巨大经济机遇和关键医疗效益的同时，其与环境、社会系统的相互作用尚未被充分理解，面临着碳排放、生态毒性、电子废弃物等严峻的可持续性挑战。现有研究多聚焦于材料层面的改进，缺乏对系统级动态的探索，难以解决潜在的负担转移问题，亟需一套整合系统级环境影响评估与市场动态的分析框架。

二、研究亮点

1. 构建了整合生命周期评估（LCA）与扩散模型的系统工程框架，首次实现从材料采购、制造、使用到报废全生命周期的生态足迹量化，同时结合市场扩散规律预测全球环境负担。

2. 精准识别环境影响核心热点，发现柔性印刷电路板（FPCB）组件是碳排放和毒性影响的主要贡献者（占比超95%），颠覆了传统认为塑料是主要环境负担的认知。

3. 量化了四种代表性设备的全谱环境影响，提出并验证了关键金属替代、模块化设计、绿色能源转型等高效缓解策略，为可持续设计提供明确方向。

4. 预测了2025-2050年全球市场趋势，揭示了可穿戴设备因更换频率高，其年化环境影响可能超过智能手机等传统消费电子。

 三、研究内容

1. 框架与研究对象

采用技术成熟度等级（TRL）分类，选取无创连续血糖监测仪（nCGM）、连续心电图监测仪（CEM）、血压监测仪（BPM）和床旁超声贴片（POCUS）四种代表性设备，基于ReCiPe方法和Bass扩散模型，构建“市场扩散-生命周期评估-全球生态足迹-缓解策略”四步框架。

2. 生命周期环境影响分析

通过摇篮到坟墓的LCA分析，得出四种设备的全球变暖潜能值（GWP）为1.1-6.1 kgCO?e/台；生态毒性（尤其是淡水和陆地生态毒性）是重要环境负担，且原材料提取阶段贡献了63.3%的GWP和94.6%的生态毒性。

3. 全球环境负担预测

在中等情景下，2050年全球可穿戴医疗电子设备年消费量将增长42倍，达20亿台，年碳排放达340万吨CO?e；中国、印度将成为主要排放地区，nCGM将占据72.3%的市场份额。

4. 缓解策略量化

评估了四类策略效果：关键金属（金换银/铜/铝）替代可降低30% GWP和60%以上毒性；模块化设计延长控制单元寿命3倍可减少54%-62%的环境影响；绿色能源转型可降低44.9%-52.1%的GWP；而可降解/可回收塑料替代仅带来1%-5%的边际效益。

四、总结与展望

该研究首次系统量化了可穿戴医疗电子设备的全球生态足迹，明确FPCB组件和关键金属开采是核心环境热点，传统塑料替代策略效果有限，而关键金属替代、模块化设计和绿色能源转型能在不牺牲性能的前提下显著降低环境负担。同时，设备短寿命和高更换频率导致的累积环境影响不可忽视，需在设计阶段平衡性能与可持续性。

未来需开展医疗系统层面的结果导向LCA，量化可穿戴设备替代传统医疗技术带来的间接环境效益；进一步研究微塑料生成、 legacy毒性等新兴环境问题；推动功能材料创新（如高稳定性酶、环保导电材料）和模块化、可插拔设备架构的产业化；结合区域差异制定针对性的可持续发展政策，建立可穿戴电子生态责任创新标准。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09819-w