可穿戴生物传感器可以通过动态测量人体汗液中的生物标志物，实现连续实时地监控人体的生理信息。该技术在材料科学到生物医学等多个领域得到广泛应用，尤其在运动管理、健康监测、药物监测和老年护理领域，具备舒适性、灵活性、轻便性和方便集成性等优点。尽管汗液传感器已经被大力开发，但是在柔性器件性能提升、穿戴舒适性、多功能模块集成方面依然存在挑战。研究人员通过材料优化、结构创新和系统集成策略设计，在织物上构筑了高性能的生物传感系统，并实现更高效、可靠的汗液采集、数据传输等。这些前沿进展提供了更加全面、精准的生理信息监测手段，也为生物医学和健康管理领域的发展提供了更多的机遇和挑战。

南方科技大学林苑菁课题组与香港理工大学郑子剑、黄琪瑶课题组对基于织物的新型生物传感器及系统的最新研究进展进行了全面回顾。综述首先介绍了常用于可穿戴皮上生理标志物分析的织物基生物传感器，如比色法传感器和电化学传感器，并总结了电化学传感器的机制和分类，包括电位型、电流型、场效应晶体管型和阻抗型生物传感器。随后着重总结了织物导体的分类和构筑方法，并介绍了面向汗液高效采集的织物系统设计策略，讨论了织物基生物传感器的性能提升策略，包括纳米结构功能材料的设计优化，并介绍了多功能模块在织物基底上的系统集成策略。

图1. 基于织物的生物传感器在可穿戴式健康监测中的应用。深入理解生物传感机制、构筑高性能织物电极、设计高效的皮上汗液采集方法、提高织物传感系统集成度等方面的前沿研究进展对于实现更具穿戴舒适性、多功能的可穿戴传感技术至关重要。

最后，文章讨论了面向健康监测应用的织物基底生物传感技术的发展前景和挑战。近年来，针对材料优化和微纳柔性器件制造技术的研究成果使得基于柔性生物传感的健康监测技术取得了长足的进展，其中许多健康监测系统已应用于商业产品中。然而，可穿戴汗液生物传感器在实际应用中仍面临以下几个挑战。首先，汗液生物传感器的关键性能指标之一是汗液采集的高效性。目前，收集汗液的主要方法包括高强度运动或离子电渗法。然而，即使在高强度运动期间，汗液采集量也较低，而离子电渗法需要通过电流刺激，可能对皮肤造成损伤。其次，新旧汗的混合以及测试区域的潜在污染，也会影响测试结果的准确性。因此，需要结合织物特有的亲疏水性质，设计更高效的汗液采样模块。其次，发展具备可清洗性质的织物基底电子器件将使其在可穿戴监测应用中具有更大优势。生物传感器与汗液接触过程中表面被污染是不可避免的。为了节省成本，通常可以通过清洗去除残留物。然而，由于选择性膜质地柔软，在清洗的过程中其表面甚至内部结构会被损坏，这可能导致传感器性能下降甚至损坏。采用仿生微/纳米结构进行表面改性以实现自清洁效果将是首选策略之一。此外，深入研究并优化可清洗的封装或保护层材料，有望实现可重复使用的纺织品智能电子与系统。

该综述论文作为封面文章、以题为“ Wearable sweat biosensors on textiles for health monitoring”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Wearable sweat biosensors on textiles for health monitoring

Yuqing Shi, Ziyu Zhang, Qiyao Huang, Yuanjing Lin, Zijian Zheng

J. Semicond. 2023, 44(2): 021601 doi: 10.1088/1674-4926/44/2/021601

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/44/2/021601

来源：半导体学报