量化可穿戴医疗电子产品的全球生态足迹

可穿戴医疗电子设备在数字时代快速发展，带来经济机遇和医疗效益，但其环境与社会系统交互机制尚不明确。本文构建了基于新型生命周期清单和扩散关联缩放的系统工程框架，量化全球生态足迹热点并制定缓解策略。分析葡萄糖、心脏及血压监测设备和诊断成像设备发现，单设备碳排放达1.1-6.1kgCO2当量，预计2050年全球消费将增至20亿台，产生340万吨CO2当量排放及电子垃圾问题。研究揭示可回收塑料效益有限，而采用关键金属导体替代和优化电路架构可显著降低环境影响而不影响性能。该框架为下一代可穿戴医疗电子的生态责任创新提供系统化方法。

摘要

可穿戴医疗电子设备在数字时代迅速发展成为了一个独立的电子产业领域^1,2,3,4,5,6，为经济带来了巨大机遇，并在医疗领域发挥了关键作用。然而，这些设备与环境和社会系统的相互作用仍知之甚少^7,8,9，由此引发了严重的可持续性挑战。尽管目前的研究主要集中在材料层面的改进上，但更广泛的系统层面动态尚未得到充分探索。本文提出了一个基于生命周期分析的集成系统工程框架，通过创新性的生命周期评估方法和扩散效应分析，来量化全球生态足迹的热点区域，并确定有效的缓解策略。对代表性可穿戴医疗电子设备（如血糖监测仪、心电监测仪、血压监测仪和诊断成像设备）的从“摇篮到坟墓”的全生命周期分析显示，每台设备产生的环境影响相当于1.1至6.1公斤二氧化碳当量。预计到2050年，全球这类设备的消费量将增加42倍，年产量将达到20亿台，同时产生340万吨二氧化碳当量的排放，并伴随生态毒性和电子垃圾问题。与传统上关注塑料可持续性的做法不同，本研究表明，可回收或可生物降解的塑料带来的环境效益微乎其微；而通过替换关键金属导体并优化电路架构，可以在不牺牲性能的前提下显著减少环境影响。这种基于系统工程的生命周期评估框架为下一代可穿戴电子产品的生态责任创新提供了有力支持。