基于垂直织物微流控的可穿戴汗液传感器，实时无创监测生物标志物
2025-05-18 14:41:47   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

对微米尺度流体传输的理解和操控，推动了微流控生物传感器的发展，为环境监测、食品安全和医疗诊断等领域提供了精确的分析控制。这些进步为即时检测（POCT）器件铺平了道路，但无创、实时监测面临的挑战依然存在。在各种体液中，汗液是特别有吸引力的可穿戴传感器候选监测对象，它为跟踪健康生物标志物提供了一种无创、便携且个性化的解决方案。然而，汗液固有的局限性（样本量少、易污染和蒸发等），为基于汗液的健康监测带来了巨大障碍。

为解决这一问题，业界兴起了可穿戴微流控器件的研究，这些器件采用了柔软、灵活以及低过敏性的材料，例如PDMS和聚氨酯等，以方便可穿戴汗液传感贴片中的样品处理。通常都会选择弹性体材料，但最近，纸张、纱线和织物等替代材料，在微流控通道中进行基于毛细管的流体管理也展现了应用潜力。

据麦姆斯咨询介绍，法国圣艾蒂安矿大、西班牙莱塔特技术中心、瑞典研究院以及林雪平大学的研究人员在npj Flex Electron期刊上发表了一篇题为“Vertical textile microfluidics: advancing on-garment sweat sampling for real-time biosensing”的研究论文。

在这项研究中，研究人员提出了一种基于微流控的可穿戴汗液传感器制造技术，利用最先进的立体光刻（SLA）3D打印技术，将微流控模块嵌入吸汗织物中。研究人员使用光聚合树脂在多孔织物内形成不透水的微通道边界，创建了一个能够精确引导汗液流动的系统。

垂直织物微流控器件制造路线

研究人员的设计引入了一种垂直微流控结构，其灵感来自于折纸，从而实现了一种紧凑的多层设计，有效地将汗液收集、储存和输送集于一体。这种垂直结构不仅最大限度地减少了器件的占位面积，而且无需粘合剂，因此，非常适合人体工学设计，佩戴起来也非常隐蔽，毫无违和感。

织物微流控通道及模块组装

此外，研究人员还设计了一个集成的内部模块，可用作储汗器和阀门，利用毛细管压力梯度来调节微流体运动，优化样本输送。

3D垂直织物微流控器件

在分析建模和3D数值模拟的支持下，研究人员揭示了毛细管效应、流动阻力和织物迂回度之间错综复杂的相互作用，如何影响系统中的排汗动力学。基于织物芯吸能力差异的设计，沿着参考模块产生毛细管压力梯度，从而实现传统二维微流控芯片不具备的程序化、连续的汗液采样、存储和传感。

毛细管压力梯度的产生

为了验证所提出的模型，研究人员集成了一个柔性丝网印刷有机电化学晶体管，用于原位钾离子（K⁺）传感。该传感器具有高灵敏度和高选择性，是监测脱水、电解质平衡和心血管健康的关键组件。这一概念验证凸显了通过可适应、可扩展的表面流体设计进行多参数监测的潜力。

纺织微流控K⁺传感器

通过将先进的3D打印技术与织物固有的毛细管特性相结合，该研究提供了一种符合人体工程学、皮肤友好的可穿戴实时体表汗液采样和分析方法，有望彻底改变个性化健康诊断。

总结来说，这项研究将快速成型制造、快速原型设计和织物流体特性优化相结合，为开发先进的可穿戴汗液传感平台提供了一种变革性方法。该方法符合以人为本的设计原则，以及可扩展、易获得、具有成本效益的加工工艺，为直接向工业化转移铺平了道路。

本研究提出的模块化方法克服了传统器件存在的基本限制问题。它还弥补了可穿戴电子器件中不同技术构件（例如智能织物、嵌入式微流控技术和新型生物标志物传感器）发展之间的技术差距。该平台有望推动即时检测的普及和变革，实现对汗液或其它生物流体的无创采集和检测，为个体提供更具体、更个性化的跟踪和治疗。

延伸阅读：

《可穿戴传感器技术及市场-2025版》

《印刷和柔性传感器技术及市场-2024版》

《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》