【摘 要】
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近年来,柔性可穿戴器件的快速发展彻底了革新了人们的生活方式。其中,可穿戴汗液传感器能够在分子水平上无创、实时、持续地监测汗液中的生理标志物,在健康管理、医疗保健、临床诊断等领域有着广泛的应用前景。但是,汗液具有体积小、易挥发、易受表皮污染、标志物含量低等特性,因此,可靠的收集和检测策略是可穿戴汗液传感器的两个重要因素。传统的汗液采集技术操作复杂,且采集和检测是分步进行的。在本文中,我们设计了超浸润
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近年来,柔性可穿戴器件的快速发展彻底了革新了人们的生活方式。其中,可穿戴汗液传感器能够在分子水平上无创、实时、持续地监测汗液中的生理标志物,在健康管理、医疗保健、临床诊断等领域有着广泛的应用前景。但是,汗液具有体积小、易挥发、易受表皮污染、标志物含量低等特性,因此,可靠的收集和检测策略是可穿戴汗液传感器的两个重要因素。传统的汗液采集技术操作复杂,且采集和检测是分步进行的。在本文中,我们设计了超浸润绷带、Janus纱布、Janus蚕丝织物和表皮微流控芯片,分别用于定点、单向和动态地收集汗液,并结合了比色、电化学和表面增强拉曼光谱（SERS）分析技术实现了汗液的原位多组分检测。这些可穿戴器件极大地丰富了汗液采集和传感体系。本论文的具体内容如下:1.超浸润绷带用于汗液定点采集与比色检测:开发了超浸润汗液比色绷带:超疏水涂层限制了汗液微液滴的肆意流动和扩散,超亲水位点选择性地吸附和固定汗液微液滴。结合这两种界面形成的超疏水-超亲水微阵列为汗液提供了精确的收集区域。经比色试剂沉积后的超亲水位点用于原位地比色检测汗液中的标志物。利用智能手机上的颜色分析软件读取每个的超亲水位点上的颜色值,以半定量地分析汗液pH、葡萄糖、Cl-和Ca2+。这种超浸润比色绷带具有简单、便捷、低成本等优点,在即时诊断（POCT）领域有着巨大的潜力。2.Janus纱布用于汗液单向采集与电化学检测:构建了 Janus纱布电化学贴片,其核心汗液采集部件Janus纱布一面为疏水的聚氨酯（PU）纳米纤维,一面为亲水的医用纱布。这种独特的结构驱动汗液单向、自发地由Janus纱布的疏水侧（皮肤侧）转运至亲水侧。配置在亲水侧的纳米树枝状的金电极阵列实现了汗液中葡萄糖、乳酸、K+和Na+的同时检测。相较于传统纺织物,Janus纱布使得汗液更充分、集中地分布在电极上,为探索精确可控的体液采集和传感界面提供了新的可能。3.具有湿热舒适性的Janus蚕丝电子织物用于高效汗液检测。具有Janus浸润性的蚕丝织物及其单向排汗特性消除了汗液在皮肤上产生的湿/粘不适感,且形成了出汗凉爽、休息保温的智能化皮肤热管理效果。涂有碳浆的蚕丝纱线电极编织在Janus蚕丝织物的亲水一侧,制得Janus蚕丝电子织物。汗液单向运输至Janus蚕丝电子织物亲水侧（电极侧）,显著地降低了其电化学检测所需要的溶液体积阈值（＜5 μL）和响应时间（降低了约2-3min）。这项研究为设计具有穿戴舒适的柔性传感器件提供了新途径。4.微流控-表面等离子体激元芯片用于动态汗液采集与SERS检测。在该体系中,表皮微流控芯片持续地将汗液虹吸至内部的微腔室。微腔室内配备有银纳米蘑菇SERS衬底,仿真模拟和实验结果表明其具有良好的拉曼增强效应（增强因子约106）。利用手持式拉曼分析仪,该微流控SERS体系实现了汗液尿素、乳酸和pH值的便捷式检测,极大地拓展了拉曼分析技术在可穿戴传感领域中的应用场景。微流控设备和SERS分析技术的结合满足动态的、可更新的汗液收集和SERS检测需求,为可穿戴SERS汗液传感器的研发提供了新方法。
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