综述：用于无创体液监测的智能柔性可穿戴设备：多学科发展路线与未来方向

这篇综述系统阐述了智能柔性可穿戴设备在无创体液监测领域的最新进展，涵盖材料科学（如MXenes、PDMS）、传感技术（电化学/比色传感器）及能量采集（TENGs、BFCs）等多学科交叉创新，为下一代穿戴式健康监测技术提供了发展路线图。

　　

智能柔性可穿戴设备的革命性进展

引言

实时健康监测技术的价值已得到广泛认可。通过智能可穿戴设备持续追踪个体健康状况，不仅能早期发现潜在健康隐患，还能优化生活方式选择。当前主流商用设备如智能手表主要监测心率、血压等基础生理参数，但无法实现分子级生物标志物监测。传统生物分子检测仍依赖侵入性血液检测，存在延迟性缺陷。而新兴可穿戴技术已能对汗液、唾液等体液成分进行实时分子监测，并通过5G、蓝牙等技术将数据传输至智能终端。

发展历程与现状

可穿戴技术最早可追溯至1962年MIT数学教授Edward O. Thorp设计的赌博辅助设备。2009年Fitbit的推出标志着健康监测设备商业化开端，2015年Apple Watch的问世使其进入主流市场。当前应用聚焦五大方向：

1. 1.

   健康医疗监测（如CF患者的Cl^-检测）

2. 2.

   运动健身（加速度传感器记录步数）

3. 3.

   增强现实（AR-HUD手术导航）

4. 4.

   心理健康（HRV分析焦虑症状）

5. 5.

   安全预警（LSTM模型预测跌倒风险）

关键材料突破

金属材料：金、银导线用于传感器构建，但存在致敏风险。

无机非金属材料：

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  碳纳米管（CNTs）具有超高比表面积（2630 m²/g）

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  石墨烯载流子迁移率达15000 cm²/(V·s)

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  MXenes导电性优异，可制成纤维/织物传感器

有机高分子材料：

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  PDMS凭借柔性成为微流控芯片首选

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  PEDOT:PSS导电聚合物用于柔性电极

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  天然材料（棉、丝）通过碳黑沉积获得导电性

体液监测技术

汗液监测：

离子电渗法刺激汗腺分泌，检测Cl^-诊断囊性纤维化（CF），L-DOPA监测帕金森病。最新微流控系统可实现程序化诱导出汗。

组织间液（ISF）：

通过微针阵列提取，葡萄糖监测精度达37 μA·mM^-1·cm^-2。非侵入式透皮监测系统避免疼痛。

泪液监测：

Google智能隐形眼镜检测葡萄糖，最新眼镜架集成系统可同步分析K⁺、乳酸等指标。

创新能量采集

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  压电采集（d₃₃模式效率最高）

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  摩擦纳米发电机（TENGs）功率密度达824 mW/cm²

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  汗液驱动生物燃料电池（BFC）持续供电

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  离子扩散发电机利用湿度梯度产电

挑战与展望

当前面临材料生物相容性、传感器灵敏度/可靠性权衡、能源供应等核心挑战。未来将通过AI算法实现多标志物关联分析（如TNF-α与伤口愈合），结合5G实现远程医疗。临床转化需建立标准化验证协议，确保数据安全符合GDPR规范。从侵入式到无创式、从生理到心理监测的跨越，将重塑个性化健康管理范式。