可穿戴传感器的最新进展(3)

用于制造皮肤传感器和基板的材料必须具有生物相容性，最近，相关人员正在利用聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚乳酸和纤维素来研制聚合物基板。此外，一些纺织材料做的非传统型基板也开始应用于可穿戴电子设备。

传感器用于生物标志物识别：葡萄糖、乳酸、酸碱度……

可穿戴传感器分为两大类：第一种是直接贴在皮肤上的传感器，用于检测体液（如汗液）中的生物标志物。第二种是监测生理活动的可穿戴传感器。图5显示了报告中所涵盖的具有代表性的可穿戴传感器类型。每一小节都对不同传感器的几何结构、材料、制造技术和传感机制作了简要介绍。

生物液体传感器可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，以及监测脉搏、温度、呼吸速率、血液酒精浓度等生理指标，在医学诊断和健康监测方面具有潜在的应用前景。

图5：本报告中所涵盖的具有代表性的可穿戴传感器类型

在可穿戴电子产品中，汗液传感器可用于检测与人类健康风险相关的不同分析物的浓度。汗液是在特定情况下排出的体液，含有几种与人体健康状况有关的分析物，如钠、氯化物、钾、碳酸盐、氨、钙、葡萄糖、乳酸等。这些分析物在血液、唾液、泪液和汗液中的含量，可作为主要的生物识别物质，用于评估人体健康状况。

汗液传感器可以贴在皮肤上，而且一次性传感器贴片可以进行更换，这种操作简单的无创式传感器很适合作为可穿戴产品。现有的大多数可穿戴传感器都用特定的酶进行了功能化处理，以提高对特定分析物的选择性和敏感性。在可穿戴领域，各种生物液体传感器的应用广泛，其中最主要的包括葡萄糖传感器、酸碱度传感器、乳酸传感器、胆固醇传感器等。生理活动传感器则分别用来监测脉率、呼吸、丙酮、乙醇、水分、温度、运动/活动、压力/应变、气体等。

以下是不同体液传感器的传感类型、材料、基板和传感机制



以下是基于生理活动传感装置的材料、基板、传感机理和制造工艺

前景展望：应用广泛，但仍面临多方挑战

目前，可穿戴传感器领域发展迅速，已经取得了显著成果。这种非侵入式的方法可以用来持续监测人类的健康状况，而且不仅仅局限于慢性病患者，此外，它在健身、娱乐、时尚等领域也有广泛的应用。

通过利用打印技术处理液相合成的纳米材料，能制成各种带有柔性基板的生物传感器，使制造过程更具成本效益。越来越多的可穿戴传感器用于识别皮肤分泌的体液中的生物标志物，以及持续监测生理活动，这表明了它在生物医学领域的应用前景。

可穿戴传感器和系统有望颠覆医学诊断领域。然而，它的发展仍面临着多种多样的挑战，从制作工艺、材料、基板、信号读出电路到选择性、多功能性、同时监测性以及人类对这些传感器的适应性，这些都是未来需要解决的问题。将高级纳米材料与聚合物基板相结合，是研发适形电子设备的关键。

聚合物基板的玻璃化转变温度较低，阻碍了密集型集成器件的开发，这种器件拥有无机半导体材料做成的传感薄膜。因此，液相合成法被用于传感器的开发，从而在转变温度较低的情况下，制造较大型的设备。此外，由于不同材料的集成需要不同的制造工艺，如何将不同材料集成到多层设备结构中，也是需要考虑的问题。

材料和基板的生物相容性对于可穿戴电子产品来说十分重要，尤其是植入皮肤/表皮的传感器。材料的物理、机械和化学特性需要和基板的特性匹配，以避免在热学、电学和多层集成上出现问题。可吸收生物材料和基板有望用于开发植入式电子产品。

可穿戴电子产品的实际操作也面临一些挑战，即需要特殊条件和传感器的预处理，来提高灵敏度、选择性、稳定性和检测极限等。其中一些处理方法，例如在气体传感器中使用微型加热器进行局部加热，或利用化学处理来恢复初始状态，在传感器整合到可穿戴设备上的情况下，都是没有效果的。