导语
可穿戴传感器正在成为个性化医疗保健和运动监测的一种很有前途的工具。在最近的一项研究中，来自日本的研究人员开发了一种新型可穿戴化学传感器，能够测量汗液中氯离子的浓度。通过使用热转移式印刷术，所提出的传感器可以应用于普通纺织品的外表面，以防止皮肤刺激和过敏，并且还可以用于中暑和脱水的早期检测。
现代电子产品中令人瞩目的小型化水平，为实现以前仅限于科幻小说领域的医疗保健设备铺平了道路。可穿戴传感器就是一个突出的例子。顾名思义，这些设备戴在身上，通常是直接贴在皮肤上。它们可以监控重要的身体参数，包括心率、血压和肌肉活动。
一些可穿戴传感器还可以检测体液中的化学物质。例如，汗液生物传感器可以测量汗液中的离子浓度，提供有关它们在血液中水平的信息。然而，设计这样的化学传感器比物理传感器更复杂。可穿戴式化学传感器与皮肤的直接接触会导致刺激和过敏。相比之下，如果传感器直接制作在可穿戴的纺织品上，其精度会由于表面不规则性而降低。
在最近的一项研究中，由日本科学家开发了一种创新的汗液生物传感器，可以解决上述问题。他们的工作已于近期在线发表在《ACS Sensors》上，描述了使用一种称为“热转移式印刷”的技术将一种薄而柔韧的氯离子传感器固定在纺织品基底上。
1、创新点
上述提出的传感器可以转移到纤维基底上，因此可以整合到T恤、腕带和鞋垫等纺织品中。此外，健康指标，如汗液中的氯离子浓度，可以通过简单地穿着这些衣物来测量。
热转移式印刷方法有几个优点。一方面，传感器被转移到衣服外面，可以防止皮肤刺激。此外，纺织品的吸汗作用有助于在传感器的电极之间均匀地传播汗水，从而产生稳定的电接触。最后，将传感器印刷在平坦的表面上，然后将其转移，可以防止直接印刷到纺织品上时常常出现的模糊边缘。
印刷层示意图。| Isao Shitanda et al.
热转移的过程。(a)PET基底上的丝网印刷传感器。(b)放置在纺织品上的传感器。(c)施加热和压力。(d)移除PET基底之前的热传递传感器。(e) PET基底容易剥离。(f)纺织品上的传感器。| Isao Shitanda et al.
2、研究结果
研究人员仔细选择了传感器的材料和电化学机制，以避免佩戴者有过敏反应的风险。在开发出传感器后，他们使用人工汗液进行了各种实验，以验证其测量氯离子浓度的准确性。传感器电动势的变化为-59.5 mTV/log CCl-。此外，它还表现出能斯特响应，并与人体汗液中氯离子的浓度范围呈线性关系。而且，没有发现汗液中常存在的其他离子或物质会干扰测量。
氯离子传感器的电动势取决于人工汗液中的氯离子浓度。 | Isao Shitanda et al.
最后，研究小组在一名志愿者身上测试了这种传感器，这名志愿者在静态自行车上锻炼了30分钟，每五分钟测量一次他们的排汗率、血液中的氯离子水平和唾液渗透压，并与传感器之前收集的数据进行比较。所提出的可穿戴传感器可以可靠地测量汗液中氯离子的浓度。
在体测试。(a)测试对象的照片，传感器贴在他的身上。(b)在体试验期间氯离子传感器的响应。 | Isao Shitanda et al.
该传感器还可以无线传输数据，使其有助于实时健康监测。“由于氯化物是人体汗液中最丰富的电解质，测量其浓度可以提供人体电解质平衡的良好指标，也是诊断和预防中暑的有用工具，”Shitanda博士说。
因此，这项研究证明了使用可穿戴离子传感器实时监测汗液生物标志物的潜力，有助于个性化医疗保健发展和运动员训练管理。
内容来源
Shitanda I, Muramatsu N, Kimura R, et al. Wearable Ion Sensors for the Detection of Sweat Ions Fabricated by Heat-Transfer Printing [published online ahead of print, 2023 Jun 15]. ACS Sens. 2023;10.1021/acssensors.3c01027. doi:10.1021/acssensors.3c01027
