用医用固定胶带将生物医学传感器牢牢固定住并减少差错

作者：Bill Giovino

随着物联网 (IoT) 扩展到医疗设备领域，必须附着在人体皮肤上的生物识别传感器的数量和种类都在增加。所收集的数据用来监测和诊断医疗状况，以及研究和改善专业运动员和商业居家个人锻炼计划的表现。

虽然专门制造的医用固定胶带通常用于固定传感器，但这些固定胶带并不能“一带通吃”。相反，必须考虑各种因素，如舒适度、空气和湿气渗透性以及对液体的耐受力，这些都增加了胶带选择的复杂性。此外，在某些应用中，胶带必须能快速、方便地撕下并重新贴在皮肤上以重新定位传感器，这在紧急情况下可能很重要。现在需要的是各种易于区分的医用胶带，以便将它们运用到适当的情况中。

本文介绍了 3M 为不同的人体皮肤附着情况而设计的医用胶带系列。文章解释了四种 3M 医用胶带的用途，以及它们是如何解决特定的医用固定应用的。文中还探讨了对一个系列医用胶带进行标准化的好处，其中包括简化采购、统一的说明文档和易于使用。

医用固定胶带的应用

正如环境传感器的可用性和广泛选择性刺激了商业物联网以及工业物联网 (IIoT) 的增长一样，生物识别传感器的可用性和多样性正在催生新的医疗传感设备，包括医疗物联网设备。像带有心跳监测器的智能手表这样的消费型生物识别传感产品，可以很容易地绑在手腕上，而消费者心脏监护仪则可以绑在一个人的胸部，以提供更好的所谓的准确性。这种准确性的提高不仅是由于使用了更精确的传感器，而且还由于心脏监护仪在心脏上的安全放置。生物识别传感器数据的准确性与传感器类型和在皮肤上的适当位置直接相关。

然而，对于医疗级的生物识别传感应用，许多传感器必须被连接到无法用简单的带子固定的位置。此外，它们可能还需要更紧密、更安全地与皮肤表面结合，以获得可靠的生物识别读数。这就需要使用医用固定胶带来保持传感器的位置。如图 1 所示，大多数医用固定胶带是由作为胶带本身的可打印和可书写的基材、用于将胶带贴在皮肤上的粘胶以及剥离开来以露出粘胶的可撕脱衬材组成。

图 1：医用固定胶带通常由基材（顶层）和粘胶（中间）组成。一个衬里（底层）保护着粘胶，准备使用时可撕脱。（图片来源：3M Medical Materials）

在医用胶带的结构中，基材和粘胶的选择决定了其使用特性。医用固定胶带的情况不尽相同，正确选择和使用医用固定胶带需要考虑一些人体工程学因素。这些综合因素决定了胶带基材的结构和所用粘胶的选择。

医用固定胶带的人体工程学原理

一个重要的考虑因素是流体阻力。在长期使用中，医用固定胶带可能会因为经常清洗部位或在淋浴时变得潮湿，从而导致缺乏粘性，导致传感器读数不可靠。如果耐液体是一个要求，这通常要涉及使用由聚乙烯制成的胶带基材和丙烯酸基医用粘胶。这种结构不仅能耐液体，而且还能防止水蒸气（如在热水淋浴或湿度大的地方）渗透到胶带中。

对耐液能力的一个补充要求是胶带的典型湿气透过率 (MVTR)。MVTR 通常以克/平方米 (gm/m2) 为单位来规定 24 小时内允许通过材料的水分量。虽然在某些情况下，不允许任何液体或水蒸气通过胶带 (MVTR = ~0)，但在其他情况下，可能有必要允许水分，如汗水通过胶带。在后者中，无纺布带基材允许皮肤呼吸和汗水蒸发。

在一些用例中，胶带必须易于重新定位，以便传感器能够快速重新定位或允许在同一病人身上进行有限的多次使用。虽然有各种粘胶可用于一次性使用的胶带，但硅基医疗粘胶可让传感器很容易被取下然后再次安全地粘上。

胶带的舒适性始终是很重要的，特别是对于需要长时间粘贴的胶带。至少具有适度 MVTR 的无纺布带通常是最舒适的，尽管聚乙烯带根据结构和位置的不同也可以有些舒适。胶带的舒适度也与基材的厚度和胶带的使用时间长短有关。粘贴时间长的胶带需要在不引起病人不适的情况下舒适地使用一周，而较薄的基材材料则可以带来更多的灵活性和舒适性。

3M 医用固定胶带

为了应对不同的应用，3M Medical Materials 生产了各种不同的医用固定胶带。这些固定胶带考虑到了上面讨论的各种人体工程学因素。此外，由于这些胶带可以标准化，并可以从一个供应商处获得，3M 公司简化了库存管理，并产品之间提供一致的说明文档，这可以简化采购并减少错误。

对于要长时间粘贴的应用，3M 公司生产的 3M-4077 长时间粘贴无纺布胶带（图 2）。3M 4077 4" X 10YD（图 1）是一种流行的尺寸，4 英寸 X 10 码 (10 cm X 9 m)，白色无纺聚氨酯基材，厚度为 0.16 毫米 (mm)。它使用的是长效丙烯酸粘胶，这使得它在长时间使用时非常舒适。其 MVTR 规定为 ~185 gm/m2，具有一定的耐液性，在 14 天的建议使用期内允许皮肤自由呼吸。

图 2：3M 4077 医用固定胶带建议的超长粘贴时间最长可达 14 天。它以方便的卷筒形式提供，直径小于 8 英寸 (20 cm)。（图片来源：3M Medical Materials）

3M 4077 医用固定胶带不能重新定位，建议只使用一次，因此该胶带适用于使用一次后就丢弃的长期佩戴型生物识别传感器。

像这里讨论的所有胶带一样，3M 的 4077 是以卷状形式提供的，便于使用。该带卷直径小于 8 英寸 (20 cm)，很容易存放在医疗室或急诊室。

对于必须允许皮肤呼吸的医用固定胶带的应用，胶带的 MVTR 必须高。对于这些应用，3M 提供了 3M 1530 4" X 10YD。这种胶带规格为 4 英寸 × 10 码 (10 cm X 9 m)，基材为 0.14 mm 白色无纺人造丝，并配有手术级丙烯酸酯医用粘胶。这种结构使得 MVTR 率非常高，达到 4200 gm/m2。它不能重新定位，对液体没有耐受力，因此不适合大多数消费者生物识别应用。由于其高 MVTR 和良好的舒适度，该胶带被指定用于手术应用和长时间住院病人监护。它很容易用手撕开——这在事件进展迅速的紧急医疗情况下是一个优势。

对于需要高度舒适性和灵活性的应用，3M 提供了 3M 9836 4" X 10YD 聚氨酯薄膜手术胶带，采用丙烯酸医用粘胶。该胶带的标准尺寸为 4 英寸 × 10 码 (10 cm X 9 m)。背面是聚氨酯薄膜，只有 0.03 mm 厚，是这里最薄的胶带，具有灵活性和舒适性。它具有防水性和合理的透气性，约为 450 gm/m2，在透气性和防水性之间提供了一个良好的折衷。这种胶带薄而舒适的基材、柔性、合理的透气性和防水性可以使它适用于将传感器固定在儿童身上，在这种情况下，传感器和固定胶带必须承受一定的扭曲——对于可能无法提供有效的口头反馈来说明传感器粘贴舒适性的病人来说尤其重要。

对于一些传感器的监测应用，传感器必须可以重新定位，以便多次使用，而且还必须将医疗仪器固定在病人的皮肤上。在这些应用中，像 3M 2477P 4" X 10YD 这样的双面胶带就非常有用（图 3）。该胶带尺寸为 4 英寸 × 10 码 (10 cm X 9 m)，基材为非常薄的 0.04 mm 热塑性弹性体 (TPE)，两面都有粘胶（C 层）。TPE 是半透明的，可以方便地看到传感器和皮肤，有助于正确粘贴。一面是有机硅丙烯酸酯医疗胶胶（B 层），该粘胶被设计成可在皮肤上轻轻移除并重新定位以固定生物识别传感器。在 TPE 基材的反面是一种丙烯酸基粘胶（D 层）。这第二种粘胶可以安全地附着在微型医疗生物识别传感器设备上。

图 3：双面 3M 2477P 4 x 10 YD 医用固定胶带的层数包括一面是丙烯酸硅胶（B 层），另一面是丙烯酸基胶（D 层）。（图片来源：3M Medical Materials）

这种独特的医用固定胶带可以有两种用途。首先，它可以作为传感器和医疗生物识别记录设备的安全装置。这提供了一个紧凑的生物识别记录系统，没有长线。生物识别传感器设备可以是一个非常轻便的嵌入式计算机，由 CR2032 电池供电。它可以在闪存中记录传感器读数，或通过蓝牙或 Wi-Fi 将传感器读数发送到电脑或移动设备。对于基于邮票大小单板计算机 (SBC) 的商业生物识别传感器设备来说，这对其原型设计也很有用。

第二，这种胶带可以作为独立的医用胶带使用。硅胶粘胶面可用于可重新定位或可重复使用的生物识别传感器。这使得运动员的生物识别传感器可以每天使用和重复使用。该胶带对液体有适度的耐受力，MVTR 为 400 gm/m2——适合短期使用。

3M-2477P 的规格不建议将丙烯酸类粘胶贴着皮肤使用。

结语

并非所有的生物识别传感器固定应用手段都是一样的，因此市场提供了广泛的医用固定胶带选择。医用胶带的使用条件，包括人体工程学情况，决定了基材和粘胶的材料。标准化为采用一个医用胶带供应商，可以简化采购和库存，减少差错，并确保了说明文档的一致性。