汗液作為一種非侵入性且易于獲取的生物液體，因其包含豐富的生物標(biāo)志物（例如電解質(zhì)、代謝物和激素），已成為健康監(jiān)測(cè)的重要工具。汗液中的這些標(biāo)志物反映了個(gè)體的生理狀態(tài)，因此，能夠提供實(shí)時(shí)的生理數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)的健康監(jiān)測(cè)方法中，單一模式的傳感器通常無(wú)法全面獲取個(gè)體的生理狀態(tài)，而多功能可穿戴傳感器能夠結(jié)合多種傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)生理指標(biāo)的同時(shí)監(jiān)測(cè)，即多模態(tài)汗液分析。
東北師范大學(xué)研究人員基于多 功能可穿戴傳感器技術(shù)的最新進(jìn)展，匯總了該技術(shù)在健康監(jiān)測(cè)中的創(chuàng)新應(yīng)用。文章從多 功能可穿戴傳感器的基本概念和背景入手，建立了整體框架，明確闡述了多 功能可穿戴傳感器相較于傳統(tǒng)單模態(tài)傳感器的優(yōu)勢(shì)，特別是在健康監(jiān)測(cè)的多個(gè)領(lǐng)域。通過對(duì)比不同類型傳感器的局限性，作者詳細(xì)說(shuō)明了多 功能可穿戴傳感器如何克服這些挑戰(zhàn)，尤其是在信號(hào)集成、數(shù)據(jù)處理和能量管理方面的創(chuàng)新。
圖1：多 功能可穿戴傳感器設(shè)計(jì)框架
在介紹多 功能可穿戴傳感器的技術(shù)特點(diǎn)后，重點(diǎn)轉(zhuǎn)向其核心技術(shù)——先進(jìn)材料的應(yīng)用。文章深入探討了水凝膠、MXene和石墨烯等新型材料在傳感器中的使用，結(jié)合具體應(yīng)用案例，展示了這些材料如何提升傳感器性能。水凝膠材料憑借其優(yōu)異的生物兼容性和柔性，能夠在可穿戴設(shè)備中提供舒適且高效的生理監(jiān)測(cè)功能；而MXene和石墨烯則因其卓越的導(dǎo)電性和可調(diào)表面化學(xué)特性，進(jìn)一步提高了傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性。
圖2：展示了多功能可穿戴傳感器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
通過這一部分的討論，讀者能夠深入理解這些材料在多 功能可穿戴傳感器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵作用，使得傳感器能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)多種生理參數(shù)，例如葡萄糖、鈉、皮質(zhì)醇等，實(shí)現(xiàn)多模態(tài)汗液分析。為了進(jìn)一步闡明這些技術(shù)的應(yīng)用，文章展示了多 功能可穿戴傳感器在實(shí)際健康監(jiān)測(cè)中的效果。這些傳感器不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)血糖、鹽分等重要生物標(biāo)志物，還能捕捉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、溫度變化等物理信號(hào)，為全面的健康管理提供可靠數(shù)據(jù)支持。通過這些應(yīng)用示例，綜述強(qiáng)調(diào)了多 功能傳感器在疾病早期預(yù)警、個(gè)性化健康管理和運(yùn)動(dòng)健康監(jiān)測(cè)中的巨大潛力。
在討論完多 功能可穿戴傳感器的技術(shù)和應(yīng)用后，文章進(jìn)一步分析了能量管理在傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定工作中的重要性。自供電系統(tǒng)和能量收集技術(shù)成為解決這一問題的關(guān)鍵，文章詳細(xì)介紹了這些技術(shù)如何確保傳感器能夠在連續(xù)健康監(jiān)測(cè)過程中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。通過自供電系統(tǒng)，傳感器解決了傳統(tǒng)設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)中的電池問題，提升了設(shè)備的便捷性和可靠性。而能量收集技術(shù)的應(yīng)用，則使得這些設(shè)備能夠通過汗液、運(yùn)動(dòng)等外部能量源獲得持續(xù)動(dòng)力，從而提升了系統(tǒng)的可持續(xù)性。
最后，該綜述文章展望了多 功能可穿戴傳感器未來(lái)的發(fā)展方向，特別是在智能化和個(gè)性化醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景。隨著材料科學(xué)、微電子技術(shù)和數(shù)據(jù)處理算法的進(jìn)一步進(jìn)步，未來(lái)的傳感器將能夠更加精準(zhǔn)地捕捉多種生理信號(hào)，并實(shí)時(shí)反饋健康數(shù)據(jù)，從而幫助用戶進(jìn)行更加科學(xué)的健康管理。文章總結(jié)時(shí)指出，未來(lái)的研究將更加注重提升傳感器的靈敏度、穩(wěn)定性、低功耗特性和長(zhǎng)期佩戴的舒適性，并強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科合作在推動(dòng)可穿戴領(lǐng)域進(jìn)步中的關(guān)鍵作用。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.4c03396
返回搜狐，查看更多
