可穿戴電子設(shè)備的最新突破正在徹底改變個(gè)性化醫(yī)療和遠(yuǎn)程醫(yī)療的面貌，超越了需要侵入性常規(guī)檢查或癥狀觸發(fā)干預(yù)的傳統(tǒng)方法。作為下一代可穿戴電子產(chǎn)品的有力競(jìng)爭(zhēng)者，智能紡織品因其柔軟性、滲透性、耐用性和舒適性而引起了廣泛的研究關(guān)注。大量的研究工作一直致力于可穿戴織物電子產(chǎn)品，從跟蹤身體活動(dòng)期間的生物物理信號(hào)擴(kuò)展到監(jiān)測(cè)生物流體中的生化信號(hào)。這一演變?cè)诜肿铀缴咸峁┝烁叨床炝Φ纳硇畔ⅲ饾u模糊了用戶和可穿戴醫(yī)療設(shè)備之間的界限。

汗液是一種有吸引力的生物流體，因其廣泛的可及性、豐富的生化分子信息而受到重視，更重要的是，它是非侵入性的，能夠進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。生物傳感織物的最新進(jìn)展已成功應(yīng)用于汗液中的實(shí)時(shí)生物信號(hào)監(jiān)測(cè)，包括檢測(cè)電解質(zhì)、代謝物、營(yíng)養(yǎng)素等。高效的汗液采樣標(biāo)志著基于汗液的傳感器朝著可靠的生物標(biāo)志物分析邁出了第一步。盡管如此，久坐不動(dòng)的人和場(chǎng)景中固有的汗液不可獲取性限制了我們利用這種非侵入性和有見(jiàn)地的分子水平信息來(lái)源的能力。盡管已經(jīng)探索了涉及多孔水凝膠和親水性填料的各種策略，但由于分泌率低和樣品稀釋，獲得足夠可靠的生物流體用于傳感器分析仍然具有挑戰(zhàn)性。對(duì)特定用戶群體和場(chǎng)景的有限適用性，再加上低分泌率和樣本稀釋，限制了廣泛采用的潛力。或者，離子電滲療法通過(guò)表皮電刺激實(shí)現(xiàn)主動(dòng)汗液誘導(dǎo)，以克服特定場(chǎng)景和目標(biāo)人群的局限性，但引起了人們對(duì)施加高水平電流刺激引起的疼痛、燒傷和汗液成分失真的擔(dān)憂。此外，目前的生物傳感織物穩(wěn)定性有限，這阻礙了它們通過(guò)汗液持續(xù)監(jiān)測(cè)健康狀況的能力。因此，通過(guò)使用基于織物的電化學(xué)生物傳感器開(kāi)發(fā)高效、舒適和長(zhǎng)期的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)至關(guān)重要，但具有挑戰(zhàn)性。

本文亮點(diǎn)

1. 本工作首先介紹了一種舒適、自主和集成的離子電滲生物傳感紡織系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有按需刺激皮膚接口的汗液誘導(dǎo)單元。

2. 該紡織系統(tǒng)使用皮膚界面穩(wěn)定的離子電滲療法水凝膠電極，可增強(qiáng)界面順應(yīng)性并優(yōu)化界面阻抗，消除了傳統(tǒng)離子電滲療法中對(duì)高電流刺激的需求。

3. 通過(guò)將生物傳感纖維與穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)層設(shè)計(jì)相結(jié)合，由此產(chǎn)生的生物傳感紡織系統(tǒng)可以連續(xù)收集多生物標(biāo)志物數(shù)據(jù)，包括葡萄糖、乳酸、尿酸和pH值，長(zhǎng)達(dá)6小時(shí)。

圖文解析

圖1. 自主刺激集成織物電化學(xué)生物傳感器示意圖。（a）織物生物傳感系統(tǒng)和主要功能的說(shuō)明：低電流離子電滲療法汗液誘導(dǎo)和采樣、原位生理信號(hào)分析以及無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和交互。（b）基于電極-皮膚界面分泌激動(dòng)劑（卡巴膽堿）離子電滲療法的局部汗液取樣示意圖。（c）與離子電滲療法單元和生物傳感纖維陣列集成的電化學(xué)生物傳感織物系統(tǒng)的示意圖。（d）對(duì)照組和SSIH之間的粘附強(qiáng)度比較（n=3，平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）。（e）與之前報(bào)道的基于離子電滲療法的透皮醫(yī)療系統(tǒng)相比，這項(xiàng)工作的操作電流。

圖2. SSIH實(shí)現(xiàn)的汗液誘導(dǎo)單元的優(yōu)化和表征。（a）在豬皮上進(jìn)行搭接剪切試驗(yàn)時(shí)，不同聚丙烯酸含量的SSIH的粘附強(qiáng)度（n=3，平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）。（b）不同聚丙烯酸含量的SSIH的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（c）不同聚丙烯酸含量的SSIH的韌性和應(yīng)變（n=3，平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）。（d）在10分鐘離子電滲療法過(guò)程后，通過(guò)SSIH獲得豬皮的橫截面熒光圖像，其中聚丙烯酸含量為0%和10%。羅丹明B被用作可視化的模型藥物；比例尺，500 μm。（e）對(duì)照樣品和安裝在豬皮上的SSIH的橫截面顯微鏡圖像。比例尺，200 μm。（f）對(duì)照樣品和與豬皮接觸的SSIH的電化學(xué)阻抗譜分析（插圖，等效電路模型）。（g）在50至300 μA的不同工作電流下，基于控制電極和SSIH電極的離子電滲療法誘導(dǎo)出汗的比較。比例尺，2.5 mm。

圖3. 多路汗液生物傳感電化學(xué)織物的優(yōu)化和評(píng)價(jià)。（a）用于持續(xù)汗液取樣和分析的織物生物傳感系統(tǒng)示意圖。（b和c）酶生物傳感纖維和pH傳感纖維的配置和機(jī)制。（d–g）（d）葡萄糖、（e）乳酸、（f）尿酸和（g）pH生物傳感纖維的長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性。（h–k）（h）葡萄糖、（i）乳酸和（j）尿酸生物傳感纖維的電流響應(yīng)，以及（k）pH生物傳感纖維對(duì)磷酸鹽緩沖鹽水中相應(yīng)分析物的開(kāi)路電位響應(yīng)。（h–k）中的插圖顯示了相應(yīng)的傳感器校準(zhǔn)關(guān)系；相關(guān)系數(shù)分別為0.999、0.997、0.998和0.999。（l–o）（l）葡萄糖、（m）乳酸、（n）尿酸和（o）pH生物傳感纖維（n=6）的再現(xiàn)性，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為7.43%、5.63%、7.47%和5.61%。

圖4. 用于連續(xù)交叉活動(dòng)汗液分析的集成電化學(xué)織物生物傳感系統(tǒng)的體內(nèi)演示和評(píng)估。（a）受試者在執(zhí)行辦公室工作時(shí)背部穿著電化學(xué)織物（FPCB，柔性印刷電路板）的照片。比例尺，3厘米。（b）受試者在閱讀時(shí)前臂佩戴電化學(xué)織物的照片。比例尺，2厘米。（c）用于自主離子電滲療法和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示的系統(tǒng)級(jí)框圖和定制移動(dòng)應(yīng)用程序（DAC，數(shù)模轉(zhuǎn)換器；ADC，模數(shù)轉(zhuǎn)換器；UART，通用異步收發(fā)器；REG，穩(wěn)壓器；PMIC，電源管理集成電路）。（d）在辦公室工作、午餐、放松和跑步條件下，對(duì)三名健康受試者進(jìn)行連續(xù)的交叉活動(dòng)汗液監(jiān)測(cè)，每三個(gè)時(shí)間間隔進(jìn)行一次離子電滲療法出汗。

來(lái)源：柔性傳感及器件