用于汗液中钾离子实时监测的腕带式无线表皮生物传感系统

纺织品生物电子学可以实现更为舒适的表皮接触，在非侵入性生物传感方面有着巨大的前景。然而，它们的应用受到限制，主要是因为存在着较大的固有电阻和较低的电子集成兼容性。

近期，南方科技大学林苑菁助理教授和香港理工大学郑子剑教授等人报道了一种集成式腕带，其由单片多功能模块嵌入纺织品而成，可实现无线表皮生物传感。织物内金属图案化和可靠的互连封装有助于获得与传统柔性器件竞争的优异导电性、机械坚固性和防水性。此外，维护良好的多孔织物结构可提供79 mm/s的透气性和270 g/m²/day的透湿性，比医用胶带高出一个数量级以上，从而拥有卓越的穿着舒适性。集成在织物中的腕带可在0.3 mM ~ 40 mM的范围内进行连续的汗液钾监测，具有长期稳定性，因此其在可穿戴健身监测和即时检测方面展现出了巨大的潜力。相关工作以“A monolithically integrated in-textile wristband for wireless epidermal biosensing”为题发表在Science Advances期刊上。

 

如图1所示，研究人员报道了一种单片集成在纺织品中的腕带，基于聚合物辅助金属沉积（PAMD）可实时无线地分析汗液钾离子（K⁺）。由此所制造的纺织品电化学传感系统通过创建基于可渗透金属布的单片纺织电路来实现电化学信号处理和传输，该电路具有抗弯曲、折叠和起皱的高耐久性。此外，研究人员还优化了双面光刻法以进行织物内图案化，从而在单片布上实现了电路图案。研究显示，该方法与PAMD的兼容性可实现通过模仿传统的印刷电路板制造工艺来精确复制精心设计的图案。

图1 腕带式无线表皮生物传感系统的结构与制备  

这种织物内金属图案策略能够实现高达79 mm/s的优异透气性和270 g/m²/day的透湿性。与商业纺织织物相比，这些织物具有竞争力，并且比柔性电子产品中常用的商业医用胶带和弹性体高出一个数量级以上。因此，这种可穿戴生物电子的舒适性得到了大大地提高。所制造的织物内传感器可以检测汗液中的K⁺，且具有高灵敏度、良好的选择性和长期稳定性。作为概念验证，志愿者汗液中的K⁺浓度成功地使用纺织品系统进行监测，其结果与高性能电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）进行的标准测试一致。该系统能够以0.994的高拟合优度进行电化学检测，并实现向移动设备的精确生物信号传输。这项工作为制造集成和可穿戴的生物分析设备提供了一种很有前途的策略，展示了其在健身监测、数字健康和医疗物联网方面的潜在应用。

图2 腕带式无线表皮生物传感系统概念验证实验   






审核编辑：刘清