新型可穿戴生物传感器用于监测汗液电解质用于医疗保健和运动

现代电子产品的微型化达到了令人瞩目的水平，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，这些设备佩戴在身体上，通常直接佩戴在皮肤上。它们可以监测重要的身体参数，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，提供有关其在血液中的水平的信息。然而，设计这种化学传感器比物理传感器更复杂。可穿戴化学传感器与皮肤直接接触可能会引起刺激和过敏。相比之下，如果传感器直接制造在可穿戴纺织品上，其精度会由于表面不规则而降低。

在最近的一项研究中，由日本东京理科大学 (TUS) 副教授 Isao Shitanda 领导的研究小组开发了一种创新的汗液生物传感器，可以解决上述问题。他们的研究成果于 2023 年 6 月 15 日在线发表在《ACS Sensors》上，描述了使用一种称为“热转印”的技术将薄型柔性氯离子传感器固定到纺织品基材上。该研究由启迪国立大学的 Masahiro Motosuke 博士、Tatsunori Suzuki 博士、Shinya Yanagita 博士和 Takahiro Mukaimoto 博士共同撰写。

“所提出的传感器可以转移到纤维基材上，因此可以融入 T 恤、腕带和鞋垫等纺织品中， ”Shitanda 博士解释道。此外，汗液中氯离子浓度等​​健康指标只需佩戴即可测量。”

热转印方法具有多种优点。一方面，传感器被转移到衣服外面，这可以防止皮肤刺激。此外，纺织品的芯吸效应有助于将汗水均匀地分布在传感器的电极之间，从而形成稳定的电接触。此外，将传感器打印在平坦的表面上然后将其转移可以防止直接打印到纺织品上时经常出现的模糊边缘的形成。

研究人员仔细选择了传感器的材料和电化学机制，以避免佩戴者出现过敏反应的风险。开发出传感器后，他们利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 C Cl - 。此外，它还表现出能斯特响应以及与人体汗液中氯离子浓度范围的线性关系。此外，没有发现汗液中通常存在的其他离子或物质会干扰测量。

最后，研究小组在一名骑静态自行车锻炼了 30 分钟的志愿者身上测试了传感器，每五分钟测量他们的排汗率、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。

该传感器还可以无线传输数据，使其可用于实时健康监测。“由于氯化物是人体汗液中最丰富的电解质，测量其浓度可以作为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 博士评论道。

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记物、促进个性化医疗保健开发和运动员训练管理的潜力。