随着智能手机和物联网（The Internet of Things,IoT）的兴起,便捷、经济和易于操作的可穿戴传感器在健康监测、临床诊断和个性化医疗方面显示出巨大的应用潜力。特别是,基于电化学、比色和荧光传感技术的可穿戴生物传感器能够对生物流体中包含的各种生化标志物进行无创、实时的动态监测,从而引起了广泛的关注。然而,这些可穿戴设备在实际应用中往往存在柔韧性不理想、生物相容性差、功能单一或电子填料和基材脱层等问题。此外,高机械强度的材料基底可能还会影响佩戴舒适度,导致不好的用户体验。在构建可穿戴传感器件的各种材料中,具有优异机械性能和生物相容性的水凝胶是最合适和最有潜力的候选材料之一。此外,通过改变导电填料、交联方式或功能性添加剂,水凝胶还可以实现独特的性能和多样化的功能以适应不同的应用需求。到目前为止,各种水凝胶基可穿戴传感器已经被开发出来以实时监测人体的各种运动和微小的生理信号。本论文以生物流体为监测对象,利用水凝胶自身可调节的网络结构、机械性能和多功能特性,开发了一系列多功能水凝胶基可穿戴传感器以满足实际应用需求,进一步拓宽了水凝胶在可穿戴领域的应用。具体研究内容如下:1.基于超吸收水凝胶的可穿戴应变传感器实现了汗液量的可靠检测。我们制备了由聚丙烯酸钠和聚乙烯醇热交联而成的超吸收水凝胶,并在其中嵌入应变传感织物以形成完整的可穿戴应变传感器。该传感器利用水凝胶快速吸水溶胀的性能,通过水凝胶直接将汗液从皮肤表面吸走并发生溶胀,从而触发嵌入其中的应变传感织物的电阻响应。这种传感器成功地将汗液量转换为直观的电阻变化,实现了对汗液体积（0.15～700 μL）的实时监测。此外,这种应变传感器不受运动或光线的干扰,在生理范围（pH 4～9,NaCl 0～100 mM）内显示出良好的可靠性、重复性和稳定性。这种将超吸收水凝胶与应变传感织物相结合的传感器为可穿戴设备监测汗液量提供了一种新颖的测量方法。2.粘性可自愈的可穿戴水凝胶比色贴片实现了汗液标志物的按需监测。通过聚乙烯醇和蔗糖之间的氢键赋予水凝胶自主的自愈能力和优异的粘附性,并通过简单的溶剂置换法将比色检测能力引入水凝胶中。得益于这些优异的特性,用户可以根据自己的需求选择相应靶标的比色水凝胶贴片以直接贴附在人体皮肤上进行原位汗液采样和分析,不需要任何复杂的制备步骤。作为概念演示,这种可穿戴水凝胶贴片与智能手机相结合,在测量人体汗液中的 pH 值（4～9）、葡萄糖（0～2 mM）、Cl-（0～100 mM）和 Ca2+（0～16 mM）方面显示出优异的准确性、可靠性和稳定性。该可穿戴水凝胶贴片成功地将生物标志物物浓度转换为直观的RGB（red green blue）数字信号,从而帮助我们成功实现了对15名健康志愿者的多种汗液生物标志物的分析和检测。这种用户友好的可穿戴水凝胶贴片利用其自身的柔性、自愈性、粘性的优势,成功实现了汗液的原位按需比色检测,在即时护理设备中拥有巨大的应用潜力。3.基于水凝胶-弹性体的电化学装置实现了舒适的可穿戴汗液监测。我们将薄的热塑性聚氨酯薄膜作为中间层以桥接可拉伸的水凝胶和导电油墨,从而在保持优良导电性的同时又不影响机械柔韧性。所制备的电化学装置具有与皮肤相似的杨氏模量（0.37 MPa）,从而大大提高了与皮肤弯曲表面的顺应性和运动时的佩戴舒适度。该装置可以实现对汗液中pH值、Na+和K+的电化学监测,具有高灵敏度（pH传感器为58.14 mV/pH,Na+传感器为58.89 m V/decade,K+传感器为59.11 mV/decade）、高特异性和高重现性。重要的是,该装置即使在30%的拉伸应变下也能保持如此优异的电化学性能,而无需复杂的外部结构设计。这种基于水凝胶-弹性体的电化学装置具有优异的穿着舒适性和机械变形能力,为个性化健康应用中的可穿戴生物流体监测提供了巨大的潜力。4.具有抗菌、止血、粘合等性能的多功能水凝胶作为伤口敷料实现了伤口智能监测。在整个伤口智能监测过程中,通过伤口识别定制的水凝胶伤口敷料可以准确匹配伤口轮廓进行精准治疗。多功能水凝胶敷料不仅可以有效地促进伤口愈合,还通过溶剂置换程序引入pH 比色检测能力以实现伤口感染状态的实时监测。此外,基于卷积神经网络机器学习算法的个性化伤口管理模型可通过水凝胶敷料的比色信号分析和评估伤口愈合和感染状况,其准确率高达94.47%。这种多功能水凝胶伤口敷料集精准治疗、实时监测和个性化管理于一体,实现了对伤口的智能监测,为加速伤口愈合、减少细菌感染提供了先进的解决方案,为未来的智能伤口管理起到了不可估量的作用。