可穿戴传感器的最新进展

可穿戴生物传感器能够附在皮肤表面，实时监测佩戴者的健康状况和周围环境。传感器芯片配有数据读出和信号调理电路，以及无线通信模块，用于向计算机设备传输数据。

动脉网（微信号：vcbeat）编译了相关研究报告，该报告重点介绍了可穿戴传感器的最新进展，包括先进的纳米材料、制造工艺、基板、传感器类型、传感机理、读出电路和无线数据传输等，以及可穿戴技术的未来应用和可能会面临的挑战。

在本文中，传感器分为生物流体传感器（可直接与人体接触）和生理传感器（需要集成在可穿戴设备或基板上），用于监测身体各项指标以及外部刺激。可穿戴传感器主要用于识别人体表皮组织液中的各种生物标志物，如葡萄糖、乳酸、酸碱度、胆固醇等，还可用于监测脉率、呼吸、丙酮、乙醇、水分、温度、运动/活动、压力/应变、气体等。

可穿戴电子产品的升级：3D打印、纳米材料、柔性基板

通过设计经济高效的制造流程，以及选择合适的非平面基板，来开发传感器和电子设备，会让其应用领域更加多元化。与体相材料相比，各种纳米材料的灵敏度和加工性能都有了提高，这在很大程度上促进了传感器的开发和使用。

近年来，可穿戴传感器和电子设备开始用于实时监测人的健康状况。图1显示了近年来有关可穿戴电子产品应用的论文数量。

图1：每年发表的论文数量，论文标题包括可穿戴电子产品（来源：NCBI国家生物技术信息中心）

各种各样的化学、物理和光学传感器可以分别嵌入或者组合集成到具有数据读出和信号调理电路的柔性基板上。

此外，数据可以被无线传输到附近的计算机设备中或上传至云端，并由医学专家进行分析，他们会根据数据反映出的健康状况给出相应指令。聚合物基板重量轻、成本低、柔韧性好，具有可弯曲性、可折叠性、可拉伸性，能够适应不平整的表面，同时其造成的数据损失可忽略不计，由于这些特性，它非常适合用于传感装置和电路的制造。

根据目前的发展情况，可穿戴电子设备的应用趋势在于：利用生物传感器，监测人体体液、生理活动和直接影响人类健康的周围环境中气态分析物。图2是一些具有代表性的例子。

在医疗保健领域，可穿戴传感器的开发面临着许多挑战，包括需要选择合适的基板、制造技术和具有生物相容性的材料，以及如何确保同时监测不同分析物、材料的耐洗性、读出电路的不间断信号等。最近，基于可穿戴基板的全有机生物相容性或混合传感器的发展，使用于体内监测的可穿戴传感系统成为可能。

图2：具有代表性的可穿戴医疗传感设备

如果在聚合物基板上开发可穿戴传感器，就需要相应的制造工艺。该技术应该考虑到基板的化学特性和热性能，并且能够实现成本效益高的大规模制造。

打印技术是最具潜力的制造方法，它可以用最少的工序，就将液相合成的功能材料沉积在所需位置。由于在开发过程中，材料得到了有效利用，以及其按需打印的特性，都使这项技术更具竞争力。与传统的硅基板相比，各种材料沉积在不同的基板上，能覆盖更大的区域。

打印技术的主要优势在于：较低的材料成本、更少的工业废物以及低成本的制造技术等。用于打印的墨水材料通常是溶解在合适溶剂里的纳米分散剂，根据不同印刷技术的处理要求，技术人员会调整其流变特性。

由于纳米材料具有更高的比表面积，因此非常适合用于制作传感器。在柔性基板上打印电子元件扩大了传感系统的应用领域，特别是可穿戴生物传感器，它可用于实时监测生物液体和生理活动。

在这一基础上，打印可穿戴电子产品成了主要的发展趋势。采用新技术将传感器直接植入人体，或者以可穿戴设备的形式，来监测各种与人类健康相关的生物标志物。

可穿戴传感器：持续监测健康状况，改善医疗保健系统

可穿戴传感器和电子产品发展迅速，特别是在健康监测、娱乐、时尚等领域，引起了人们的极大关注。其中，研究的重点在于开发生物传感器，它可以很容易地集成到可穿戴设备或基板上，用于持续监测健康状况。