《Dyes and Pigments》：Stimulus-responsive chromic materials for visual wearable sensors in health monitoring: materials, mechanisms and applications
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•介绍了用于视觉可穿戴传感器的刺激响应变色材料的分类系统。•讨论了用于视觉可穿戴传感器的刺激响应变色材料的变色和传感机制。•提供了基于刺激响应变色材料的视觉可穿戴传感器在健康监测中的应用概述。•讨论了用于视觉可穿戴传感器的刺激响应变色材料的现有局限性、挑战和前景。引言随着生活
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介绍了用于视觉可穿戴传感器的刺激响应变色材料的分类系统。
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讨论了用于视觉可穿戴传感器的刺激响应变色材料的变色和传感机制。
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提供了基于刺激响应变色材料的视觉可穿戴传感器在健康监测中的应用概述。
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讨论了用于视觉可穿戴传感器的刺激响应变色材料的现有局限性、挑战和前景。
引言
随着生活水平的提高，越来越多的人开始关注个人健康。然而，传统的健康监测方法通常依赖于专业医护人员和大量设备，导致监测程序繁琐且成本高昂。可穿戴健康监测技术的出现使得早期诊断、实时健康监测和个性化治疗成为可能 [1], [2], [3]。可穿戴监测系统可以持续捕捉用户的生理数据，通过高级分析进行实时健康评估，并提供定制化的医疗建议，在疾病预防、健康管理及相关领域发挥着关键作用。可穿戴监测系统主要由传感器和数据采集、数据传输和存储、数据分析和算法以及个性化健康建议组成。可穿戴传感器是可穿戴监测系统中的关键，能够实时且无创地收集关键健康数据，如呼吸、心率、血压、皮肤温度、脉搏血氧饱和度、光电容积脉搏波和身体运动，以及潜在的生化标志物 [2]。
目前，可穿戴传感器主要集成在手表、眼镜、耳机、腰带、健身追踪器和服装中。然而，这些设备通常由刚性材料制成，无法与人体皮肤形成舒适的接触，导致信号强度差和佩戴舒适度降低。此外，它们通常局限于特定的身体部位，从而限制了佩戴者的活动能力。一般来说，可穿戴电子产品包括传感器、晶体管、致动器、电源、控制和处理单元、无线通信模块和链接，以及用于分析和决策的软件算法 [4], [5], [6], [7]。然而，许多前沿可穿戴电子产品由于需要外部电源、制造工艺复杂以及分析仪器相对繁琐而仍然不尽如人意。因此，可穿戴监测系统非常需要一种方便且信号输出清晰易读的制造方法。因此，视觉可穿戴传感器作为一种有前景的替代方案应运而生。视觉可穿戴传感器是一类智能传感设备，将光学检测机制与柔性可穿戴平台集成，将物理、化学或生理信号实时转换为光学信号，包括基于吸收的光学信号（颜色、反射率或透射率变化）和荧光发射信号（颜色、发射波长或强度变化）。这些传感器具有直观的视觉反馈、简单的设备架构、低功耗运行、皮肤贴合性、无创性以及多功能集成能力等特点，为可穿戴监测系统提供了有吸引力的解决方案。
颜色提供了一种简单直接的信息传递方式 [8]。许多可穿戴设备采用颜色变化来响应健康监测的生理信号 [9], [10], [11], [12], [13], [14]。这些视觉信号可以被肉眼直接识别，为患者/医生感知刺激提供了有效的感知/映射路径。在过去十年中，具有可视化能力的可穿戴设备由于其低成本、易读性、可逆性、快速响应和简单的制造程序而经历了快速发展。通常，视觉可穿戴设备由粘性基底材料和变色传感元件组成。与可穿戴电子设备相比，该设备不需要复杂的电路设计和电子元件组装，这可以大大简化制造过程并降低成本 [2]。刺激响应变色材料是一种智能材料，其在电势、热、光、力、pH 值和溶剂等外部刺激下，其吸收/发射特性可以可逆地改变，为可穿戴设备的可视化功能提供了有效的通道 [15], [16], [17], [18], [19]。其中，包括电势、热、光和力在内的物理刺激，由于其响应快速、可逆性优异、操控精度高、远程非接触操作、易于集成和自动化以及环境友好等核心优势，在先进刺激响应材料领域占据了主导地位。目前，许多可穿戴传感器利用物理刺激响应变色材料，包括无机化合物、有机系统和光子晶体，以提供直观的视觉读数。尽管人们对这种电致变色 (EC)、光致变色 (PC)、热致变色和力致变色可穿戴传感器的兴趣日益浓厚，但该技术仍处于早期阶段，面临许多需要关注的挑战，如耐久性短、视觉干扰、贴合性差以及无法连续监测。
尽管关于刺激响应变色材料和设备已经有一些优秀的综述，但关于视觉可穿戴传感器中刺激响应变色材料的全面综述却很少 [2], [8], [20], [21], [22], [23]。本综述概述了用于视觉可穿戴传感器的刺激响应变色材料的最新进展（图 1）。首先，系统地介绍了用于视觉可穿戴传感器的刺激响应变色材料和机制。其次，详细介绍了基于单变色材料视觉可穿戴传感器的先进应用。随后，总结了基于双刺激和多刺激响应变色材料的集成设备，以实现可定制的功能。最后，展望了变色可穿戴传感器的未来发展。这种系统性的综述将为该领域的研究人员提供有价值的见解。
章节摘要
视觉可穿戴传感器的刺激响应变色材料和机制
刺激响应变色材料在暴露于外部物理触发器（包括电场、光、热和机械力）时能够发生可逆和可重复的光学变化，赋予其可穿戴传感应用所需的精确可控性和可靠的响应性 [24]。利用这些属性，物理刺激响应变色材料已在与健康相关的可穿戴设备中得到广泛探索，例如关节运动监测、生理
电致变色可穿戴传感器
电致变色显示器 (ECDs) 仅在着色过程中消耗能量，并且无需持续供电即可保持显示的颜色或信号 [64], [65], [66]。得益于其可逆的颜色切换、快速响应和长循环寿命，ECDs 已被广泛用作智能传感平台中的视觉信号读出组件 [67]。迄今为止，关于电致变色可穿戴设备的研究主要集中在三类智能传感系统上，即用于关节运动的应变传感器
基于双变色和多变色材料的视觉可穿戴传感器
将多种传感模式集成到单一的可穿戴平台中是实现全面健康监测的关键方向。传统的单刺激响应变色材料虽然能有效检测孤立参数，但在同时追踪多种生理或环境信号时面临固有的局限性。双变色和多变色材料通过在单一材料系统中纳入两种或更多不同的变色机制来解决这一挑战
结论与展望
在过去几十年中，用于视觉可穿戴传感器的刺激响应变色材料的开发取得了显著进展。这些智能变色可穿戴传感器凭借其优异的视觉变色能力、良好的生物相容性和多功能集成特性，在健康监测领域取得了一定的成就。在本综述中，我们系统地概述了用于视觉
CRediT 作者贡献声明
林夏权：方法论、调查、概念化。 张亮：方法论、调查、概念化。 马少宇：方法论、调查、概念化。 刘淑娟：写作 – 审查与编辑、监督、资金获取。 赵强：写作 – 审查与编辑、监督、资金获取。 庄延玲：写作 – 审查与编辑、写作 – 初稿、方法论、调查、资金获取
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能影响本论文中报告的工作。
利益冲突声明
? 作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能影响本论文中报告的工作。
致谢
这项工作得到了 科技创新专项 基金中 碳达峰和碳中和 的 江苏省 (BK20231514)、 中国博士后科学基金 资助项目 (2024M761493)、 江苏省 高等学校自然科学基金 (24KJB430031) 以及 南京邮电大学 自然科学基金 (NY224133) 的支持。
庄延玲 | 张亮 | 马少宇 | 林夏权 | 刘淑娟 | 赵强
