人體汗液中富含大量潛在的與健康和疾病相關的標志物，相比較常規(guī)的血液和尿液檢測，其具有非侵入（Non-invasive）和實時連續(xù)監(jiān)測等優(yōu)勢，因此可穿戴汗液傳感器的研究成為可穿戴健康電子設備領域發(fā)展的重點之一。微型化、集成化的全固態(tài)離子選擇性電極和全固態(tài)參比電極，是檢測汗液中電解質(zhì)離子濃度的核心傳感技術。然而，現(xiàn)有的大部分固態(tài)離子傳感器多采用導電聚合物作為離子／電子的傳導層材料，存在穩(wěn)定性差、干擾因素多、使用壽命短等缺點，限制了其在可穿戴汗液檢測領域的應用。

中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張珽研究團隊前期研發(fā)了可用于皮膚水分檢測的柔性可穿戴離子型濕度傳感器（Advanced Science, 2017, 1600404,1-7, Back Cover）。進而，針對微型化全固態(tài)離子傳感器和全固態(tài)參比電極穩(wěn)定性等關鍵科學技術問題，研究團隊結合MEMS微納加工技術設計制備了具有微孔陣列為模板的電極芯片，采用一步電沉積法制備了大比表面積且可調(diào)控的三維金納米結構離子／電子傳導陣列電極，相比較基于碳納米管、石墨烯、多孔碳等材料的離子／電子傳導層，其具有制備簡單，重復性好等優(yōu)勢。通過該電極芯片構建的全固態(tài)離子選擇性電極具有穩(wěn)定的電位響應靈敏度（56.58 ± 1.02mV/decade）、快速的響應時間（<10s）和寬線性范圍（10-6～10-1mol/L），傳感器的電位漂移和水層干擾影響減小。通過優(yōu)化參比電極聚合物膜和鹽的組分，在傳感器芯片上集成了基于聚合物/氯化鉀的全固態(tài)參比電極，獲得的微型化參比電極芯片具有平衡時間短，對不同種類和不同離子強度電解質(zhì)干擾響應小，對光不敏感，在pH3～10范圍內(nèi)響應穩(wěn)定，具有長期穩(wěn)定性等優(yōu)勢。同時，研究團隊創(chuàng)新性地設計了具有汗液采集、轉(zhuǎn)運和排出結構的可穿戴“導汗帶”汗液傳感設備，將傳感器芯片與汗液導汗帶集成封裝，可舒適便捷地佩戴與人體額頭區(qū)域，可對人體運動過程中電解質(zhì)離子進行實時連續(xù)地分析監(jiān)測，對人們健身運動過程中脫水情況的監(jiān)測，尤其是對運動員、搶險急救人員、軍人在執(zhí)行高強度任務過程中的生理健康狀況具有預警和指導意義。相關研究成果發(fā)表在Analytical Chemistry上。

該工作得到了國家自然科學基金、江蘇省杰出青年基金和中國博士后科學基金資助項目等的資助。

圖1.（A）電沉積制備不同比表面積的三維金納米結構固體接觸傳導陣列電極；（B）全固態(tài)離子選擇性陣列電極構建的結構示意圖。

圖2.（A）、（B）和（C）為可穿戴“導汗帶”汗液傳感器設備的照片和示意圖；（D）汗液傳感器芯片在穿戴前和穿戴后對不同濃度標準Na＋溶液的校準曲線；（E）為汗液傳感器在人體上運動過程中實時連續(xù)監(jiān)測汗液中Na＋濃度變化的曲線圖。