我院成功开发离子驱动光传导穿戴式汗液传感平台，可用于人代谢水平的动态监测

我院成功开发离子驱动光传导穿戴式汗液传感平台，可用于人代谢水平的动态监测

2025-10-20

近日，我院研究团队在穿戴式传感领域取得重要进展！研究团队成功开发了一种基于离子驱动光信号传输的无线无源可拉伸穿戴式传感平台，实现多通道汗液电解质的连续检测，并通过构建智能手机算法实现检测结果的实时分析与处理，进而实现人体代谢水平的动态监测，在一定程度上促进了我国健康事业的发展。该传感平台采用分立电子元件实现无微控制芯片（MCU）设计方法，通过可拉伸材料封装，提升传感器柔性与共形属性，为穿戴式汗液电解质分析、代谢监测与健康管理提供有力的技术与工具支撑。该项研究成果以“Battery-free wireless stretchable wearable sweat sensor with ion-driven optical signal transduction and chip-level discrete components”为题在传感领域国际权威期刊Sensors and Actuators B: Chemical上发表。

研究背景

对汗液中代谢产物的动态检测，能提供有价值的健康信息，并有助于了解人体电解质水平和代谢状态，并实现某些慢性疾病的日常管理。尽管目前穿戴式传感技术相对成熟，但现有检测系统，一方面主要基于复杂的芯片电路、不可拉伸的基底以及刚性的电池，导致器件共形能力差，降低佩戴的舒适度；另一方面对应急医学救援场景的适配性应用较少。因此本研究开发了一种柔性可拉伸穿戴式传感器，通过直接将离子信号转化为光信号读出，提升器件共形属性与抗干扰属性的同时，实现汗液的动态监测。

研究意义

为穿戴式汗液检测提供了一种灵活、快速、准确的传感平台。有助于穿戴式汗液传感器的应用推广。促进柔性电子技术在穿戴式传感器中的应用，为构建可拉伸、小型化的传感器提供了技术支撑。

研究思路

1、基于离子选择电极输出电势调控JFET沟道电流，间接驱动LED发光，通过辐照度检测离子浓度。

2、构建基于蛇形可拉伸互连线和银纳米线线圈的电路，并用PDMS封装，构建可拉伸传感器。

3、集成微流控芯片，有效富集和管理汗液。

4、编写基于智能手机的图像处理算法，建立LED辐照度和离子浓度关系。

5、通过对照光源减小环境光干扰，提升抗干扰能力。

图文赏析

结论与展望

本研究成功开发了一种基于光信号传输的可拉伸传感器，该传感器通过创新的电路设计，解决了现有电化学穿戴式传感器的电路复杂性问题。通过电极电势-沟道电流-辐照度调控的创新设计，实现了一种无线、快速、简易的信号读出方式。后续，研究团队将继续探索穿戴式传感技术创新，优化传感器结构、深入传感机理，实现更多复杂标志物的即时检测。

成果转化与产业化展望

基于本研究的突破性成果，团队将积极推进产业化路径，开展可穿戴检测设备的工程化研制。降低系统成本、提升传感器在极端状态下的稳定性，拓展应用场景，借助智能手机系统构建汗液采集-测量-数据管理的全流程平台。此外，团队将积极与相关领域企业对接，开展技术与设备的转化工作；同时，基于天津大学的科研平台与天津大学温州安全（应急）研究院的转化平台，积极推广可用于灾害事故救援作业人员健康状态监测以及健康管理的穿戴式传感与检测设备，为推动成果转化助力。

主要作者介绍

范斌，天津大学卫生应急学院副教授，应急医学研究院副院长，天津大学温州安全（应急）研究院应急能力建设中心主任，研究生导师，主要研究方向为应急医学和基础生命支持装备。

陈泽涛，天津大学卫生应急学院副研究员，天津大学温州安全（应急）研究院生物医学传感与检测研究室主任，研究生导师，主要研究方向为生物医学传感与检测、柔性传感、即时检测（POCT），以及应急医学装备等。

段利洋，天津大学卫生应急学院，硕士研究生，主要研究方向为柔性电子技术和生物医学传感与检测。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.snb.2025.138947

内容来源：陈泽涛

编辑：郭嘉懿