一、研究背景

可穿戴醫(yī)療電子設(shè)備作為數(shù)字時代的新興電子領(lǐng)域，在帶來巨大經(jīng)濟(jì)機(jī)遇和關(guān)鍵醫(yī)療效益的同時，其與環(huán)境、社會系統(tǒng)的相互作用尚未被充分理解，面臨著碳排放、生態(tài)毒性、電子廢棄物等嚴(yán)峻的可持續(xù)性挑戰(zhàn)。現(xiàn)有研究多聚焦于材料層面的改進(jìn)，缺乏對系統(tǒng)級動態(tài)的探索，難以解決潛在的負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移問題，亟需一套整合系統(tǒng)級環(huán)境影響評估與市場動態(tài)的分析框架。

二、研究亮點

1. 構(gòu)建了整合生命周期評估（LCA）與擴(kuò)散模型的系統(tǒng)工程框架，首次實現(xiàn)從材料采購、制造、使用到報廢全生命周期的生態(tài)足跡量化，同時結(jié)合市場擴(kuò)散規(guī)律預(yù)測全球環(huán)境負(fù)擔(dān)。

2. 精準(zhǔn)識別環(huán)境影響核心熱點，發(fā)現(xiàn)柔性印刷電路板（FPCB）組件是碳排放和毒性影響的主要貢獻(xiàn)者（占比超95%），顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)為塑料是主要環(huán)境負(fù)擔(dān)的認(rèn)知。

3. 量化了四種代表性設(shè)備的全譜環(huán)境影響，提出并驗證了關(guān)鍵金屬替代、模塊化設(shè)計、綠色能源轉(zhuǎn)型等高效緩解策略，為可持續(xù)設(shè)計提供明確方向。

4. 預(yù)測了2025-2050年全球市場趨勢，揭示了可穿戴設(shè)備因更換頻率高，其年化環(huán)境影響可能超過智能手機(jī)等傳統(tǒng)消費電子。

 三、研究內(nèi)容

1. 框架與研究對象

采用技術(shù)成熟度等級（TRL）分類，選取無創(chuàng)連續(xù)血糖監(jiān)測儀（nCGM）、連續(xù)心電圖監(jiān)測儀（CEM）、血壓監(jiān)測儀（BPM）和床旁超聲貼片（POCUS）四種代表性設(shè)備，基于ReCiPe方法和Bass擴(kuò)散模型，構(gòu)建“市場擴(kuò)散-生命周期評估-全球生態(tài)足跡-緩解策略”四步框架。

2. 生命周期環(huán)境影響分析

通過搖籃到墳?zāi)沟腖CA分析，得出四種設(shè)備的全球變暖潛能值（GWP）為1.1-6.1 kgCO?e/臺；生態(tài)毒性（尤其是淡水和陸地生態(tài)毒性）是重要環(huán)境負(fù)擔(dān)，且原材料提取階段貢獻(xiàn)了63.3%的GWP和94.6%的生態(tài)毒性。

3. 全球環(huán)境負(fù)擔(dān)預(yù)測

在中等情景下，2050年全球可穿戴醫(yī)療電子設(shè)備年消費量將增長42倍，達(dá)20億臺，年碳排放達(dá)340萬噸CO?e；中國、印度將成為主要排放地區(qū)，nCGM將占據(jù)72.3%的市場份額。

4. 緩解策略量化

評估了四類策略效果：關(guān)鍵金屬（金換銀/銅/鋁）替代可降低30% GWP和60%以上毒性；模塊化設(shè)計延長控制單元壽命3倍可減少54%-62%的環(huán)境影響；綠色能源轉(zhuǎn)型可降低44.9%-52.1%的GWP；而可降解/可回收塑料替代僅帶來1%-5%的邊際效益。

四、總結(jié)與展望

該研究首次系統(tǒng)量化了可穿戴醫(yī)療電子設(shè)備的全球生態(tài)足跡，明確FPCB組件和關(guān)鍵金屬開采是核心環(huán)境熱點，傳統(tǒng)塑料替代策略效果有限，而關(guān)鍵金屬替代、模塊化設(shè)計和綠色能源轉(zhuǎn)型能在不犧牲性能的前提下顯著降低環(huán)境負(fù)擔(dān)。同時，設(shè)備短壽命和高更換頻率導(dǎo)致的累積環(huán)境影響不可忽視，需在設(shè)計階段平衡性能與可持續(xù)性。

未來需開展醫(yī)療系統(tǒng)層面的結(jié)果導(dǎo)向LCA，量化可穿戴設(shè)備替代傳統(tǒng)醫(yī)療技術(shù)帶來的間接環(huán)境效益；進(jìn)一步研究微塑料生成、 legacy毒性等新興環(huán)境問題；推動功能材料創(chuàng)新（如高穩(wěn)定性酶、環(huán)保導(dǎo)電材料）和模塊化、可插拔設(shè)備架構(gòu)的產(chǎn)業(yè)化；結(jié)合區(qū)域差異制定針對性的可持續(xù)發(fā)展政策，建立可穿戴電子生態(tài)責(zé)任創(chuàng)新標(biāo)準(zhǔn)。

文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09819-w