可穿戴传感器正在成为个性化医疗保健和运动监测很有前途的一种工具。在最近的一项研究中，研究人员开发了一种新型的可穿戴化学传感器，能够测量汗液中氯离子的浓度。通过使用传热打印技术，传感器可以应用于常见纺织品的外表面，以防止皮肤刺激和过敏，还可以用于中暑和脱水的早期检测。

可穿戴传感器顾名思义，这些设备通常直接戴在皮肤上。它们可以监测重要的身体参数，包括心率、血压和肌肉活动。

一些可穿戴传感器还可以检测体液中的化学物质。例如，汗液生物传感器可以测量汗液中离子的浓度，提供血液中离子水平的信息。然而，设计这样的化学传感器比物理传感器更复杂。可穿戴化学传感器和皮肤之间的直接接触可能会引起刺激和过敏。相反，如果传感器直接制造在可穿戴织物上，则由于表面不规则性，其精度会降低。

在最近的一项研究中，由日本东京科学大学（TUS）副教授Isao Shitanda领导的一个研究小组开发了一种创新的汗液生物传感器，解决了上述问题。他们的工作于2023年6月15日在线发表在《ACS传感器》杂志上，描述了使用一种名为“传热打印”的技术将一个薄而柔性的氯离子传感器固定在纺织品基底上。

Shitanda博士解释道：“所提出的传感器可以转移到纤维基底上，从而可以融入T恤、腕带和鞋垫等纺织品中。此外，健康指标，如汗液中的氯离子浓度，可以通过简单佩戴来测量。”

热转印方法提供了几个优点。首先，传感器被转移到衣服外面，这样可以防止皮肤刺激。此外，织物的毛细作用有助于将汗液均匀地分布在传感器的电极之间，从而形成稳定的电接触。此外，将传感器打印在平坦的表面上，然后将其转移，可以防止直接打印到纺织品上时常见的模糊边缘的形成。

研究人员仔细选择了传感器的材料和电化学机制，以避免佩戴者出现过敏反应的风险。在开发出传感器后，他们使用人造汗液进行了各种实验，以验证其测量氯离子浓度的准确性。此外，它显示出能斯特响应，并与人体汗液中氯离子的浓度范围呈线性关系。此外，没有发现汗液中通常存在的其他离子或物质干扰测量。

最后，该团队在一名志愿者身上测试了该传感器，该志愿者在静态自行车上锻炼了30分钟，每五分钟测量一次他们的出汗率、血液中的氯离子水平和唾液渗透压，并与传感器之前收集的数据进行比较。所提出的可穿戴传感器可以可靠地测量汗液中氯离子的浓度。

生物传感的进展

生物传感器是一种能够感知和测量生物体内或周围环境中特定生物或物质的工具，其应用潜力非常广泛，可以用于医疗诊断、食品安全、环境保护等领域。目前，生物传感器技术在科学界和产业界都备受关注，其发展前景非常广阔。

目前该领域的发展已经取得了很多重要的进展。最新的研究成果主要包括以下几个方面：

首先是基于纳米技术的生物传感器研究，纳米技术在生物传感器的制备和性能改进上发挥了重要作用。例如，利用纳米线、纳米管等材料可以制备出高灵敏度、高选择性的生物传感器。

其次是基于人工智能的生物传感器研究，通过智能算法和机器学习等技术，可以对大量的数据进行处理和分析，从而提高生物传感器的准确性和可靠性。

第三是基于光学技术的生物传感器研究，利用光学技术可以实现无标记、高灵敏度的检测，例如表面等离子体共振技术和荧光检测技术等。

目前，生物传感器技术在世界范围内得到了广泛应用。欧美地区是该领域的主要研究和应用中心，其科技水平和研发能力处于领先地位。亚洲地区，特别是日本、韩国、中国等国家也在该领域拥有不俗的实力，通过不断创新和技术进步，已经取得了一些重要的研究成果和应用案例。例如，中国科学家在2020年开发了一种基于CRISPR-Cas12a技术的新型COVID-19检测试剂盒，可以在30分钟内完成病毒检测，具有高灵敏度和高特异性。日本学者发明了一种利用酵母菌制造的生物传感器，可以检测肺癌等疾病的早期症状，其准确度高达95%以上。此外，一些生物传感器也可以通过检测患者的呼吸、皮肤温度和心率等数据，从而及时发现并预测疾病的发展趋势。这些传感器可以极大地提高疾病诊断的准确度和速度，同时降低医疗成本和人力成本。

该传感器还可以无线传输数据，使其对实时健康监测非常有用。Shitanda博士说：“由于氯化物是人体汗液中最丰富的电解质，测量其浓度可以很好地指示身体的电解质平衡，也是诊断和预防中暑的有用工具。”

巨大的潜在市场

在技术完全商业化之前，这些空白仍有待填补。开发商将继续开发材料，验证科学，或优化算法，以提高准确性和精度，并提高整体设备效率。

“消费者级的设备将通过临床审批。开发人员将利用这些传感器设备通过机器学习分析收集的大量数据来提高设备的性能，随后寻求临床批准，从而使它们能够进入更高价值的医疗保健市场。”

据报道，美国将主导生物传感器市场，其次是亚太和北美。欧盟的五种主要健康状况的患病率和发病率很高，这导致了庞大的潜在用户群。

该地区也更愿意使用先进的医疗保健技术和非常支持的医疗保健系统。所有这些因素都有助于其主导市场。

亚太地区的市场规模主要是由于人口众多。北美强大的购买力和良好的保险接受度有助于市场激增，但不具备其他地区的人口优势。

“在五种健康状况的生物传感器设备中。只有用于心血管疾病和睡眠障碍的生物传感器设备将主导市场，预计市场分别超过100亿美元，”高说。

他补充说：“这是由于成熟的和市场化的技术。另一方面，糖尿病、压力和水合作用的市场将很小，并且会出现延迟起飞，因为这些技术要么仍在开发中，要么处于市场引入的早期阶段。”

将生物传感器用于虚拟现实和医疗保健行业的优势

个性化生物反馈和进一步增强沉浸感：通过实时监控，生物传感器可以为用户提供在虚拟体验中对自身生理反应的宝贵见解。这种个性化的反馈为自我提升、压力管理和绩效优化开辟了新的途径。由于虚拟环境与用户的身体反应同步，它还创建了增强的现场感，增强了整体沉浸感和真实感。

健康监测：生物传感器的功能超越了娱乐和游戏。这些实时数据可用于检测身体异常、监控压力水平，并为你的整体健康状况提供有价值的见解。将生物传感器集成到医疗保健环境中，将使远程监控患者、跟踪治疗进展和在必要时进行干预成为可能。

推进研究和开发：生物传感器的集成为研究人员和开发人员提供了一个强大的工具，用于推进AR/VR和人机交互领域。通过在虚拟体验中收集全面的生物特征数据，研究人员可以获得对人类行为、认知反应和情绪状态的宝贵见解。这些数据可以推动适应性内容创建、用户体验设计和个性化干预方面的创新。

生物传感器的未来充满了可能性。随着技术的不断进步和对个性化医疗的日益重视，生物传感器将更多的被应用于增强个人能力，革新诊断和治疗，并为更健康、更互联的世界提供支持。

文章来源： 信息新报，科普茶话，科学笔记TechBook，爱迪斯通