紡織品生物電子學可以實現(xiàn)更為舒適的表皮接觸，在非侵入性生物傳感方面有著巨大的前景。然而，它們的應用受到限制，主要是因為存在著較大的固有電阻和較低的電子集成兼容性。

近期，南方科技大學林苑菁助理教授和香港理工大學鄭子劍教授等人報道了一種集成式腕帶，其由單片多功能模塊嵌入紡織品而成，可實現(xiàn)無線表皮生物傳感。織物內金屬圖案化和可靠的互連封裝有助于獲得與傳統(tǒng)柔性器件競爭的優(yōu)異導電性、機械堅固性和防水性。此外，維護良好的多孔織物結構可提供79 mm/s的透氣性和270 g/m2/day的透濕性，比醫(yī)用膠帶高出一個數(shù)量級以上，從而擁有卓越的穿著舒適性。集成在織物中的腕帶可在0.3 mM~ 40 mM的范圍內進行連續(xù)的汗液鉀監(jiān)測，具有長期穩(wěn)定性，因此其在可穿戴健身監(jiān)測和即時檢測方面展現(xiàn)出了巨大的潛力。相關工作以“A monolithically integrated in-textile wristband for wireless epidermal biosensing”為題發(fā)表在Science Advances期刊上。

如圖1所示，研究人員報道了一種單片集成在紡織品中的腕帶，基于聚合物輔助金屬沉積（PAMD）可實時無線地分析汗液鉀離子（K?）。由此所制造的紡織品電化學傳感系統(tǒng)通過創(chuàng)建基于可滲透金屬布的單片紡織電路來實現(xiàn)電化學信號處理和傳輸，該電路具有抗彎曲、折疊和起皺的高耐久性。此外，研究人員還優(yōu)化了雙面光刻法以進行織物內圖案化，從而在單片布上實現(xiàn)了電路圖案。研究顯示，該方法與PAMD的兼容性可實現(xiàn)通過模仿傳統(tǒng)的印刷電路板制造工藝來精確復制精心設計的圖案。

圖1 腕帶式無線表皮生物傳感系統(tǒng)的結構與制備

這種織物內金屬圖案策略能夠實現(xiàn)高達79 mm/s的優(yōu)異透氣性和270 g/m2/day的透濕性。與商業(yè)紡織織物相比，這些織物具有競爭力，并且比柔性電子產品中常用的商業(yè)醫(yī)用膠帶和彈性體高出一個數(shù)量級以上。因此，這種可穿戴生物電子的舒適性得到了大大地提高。所制造的織物內傳感器可以檢測汗液中的K?，且具有高靈敏度、良好的選擇性和長期穩(wěn)定性。作為概念驗證，志愿者汗液中的K?濃度成功地使用紡織品系統(tǒng)進行監(jiān)測，其結果與高性能電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）進行的標準測試一致。該系統(tǒng)能夠以0.994的高擬合優(yōu)度進行電化學檢測，并實現(xiàn)向移動設備的精確生物信號傳輸。這項工作為制造集成和可穿戴的生物分析設備提供了一種很有前途的策略，展示了其在健身監(jiān)測、數(shù)字健康和醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)方面的潛在應用。

圖2 腕帶式無線表皮生物傳感系統(tǒng)概念驗證實驗






審核編輯：劉清