研究背景

为了彻底改变以病人为中心的诊断法的医疗服务,可穿戴表皮传感器的出现为目前用于健康监测的分析仪器提供了新的可能性。多功能可穿戴传感器可以以眼镜、腕表、健身带、耳机、衣服和腰带的形式出现。这些设备通常是用刚性材料安装在皮肤上，具有更亲密的外形配合。一般来说，可穿戴电子设备由传感器、执行器、晶体管、电源、无线通信模块和链接、控制和处理单元以及用于分析和决策的软件算法组成。然而，由于复杂的制造程序、相对繁琐的分析仪器以及对外部电源的要求，许多尖端的可穿戴电子设备仍然不能令人满意。因此，一种方便的制造方法，配备明显的可读信号输出，对于医疗保健应用是非常可取的。
许多可穿戴设备采用颜色变化来响应生理信号，进行健康监测。这些视觉信号可以用肉眼直接识别，为病人/医生感知刺激提供了简单直接的感知/映射途径。在过去的十年里，基于可调谐光学特性的健康监测进一步推动 了可穿戴设备的发展，因为它们在易读性、快速响应、可逆性、低成本和简单的制造程序方面表现出明显的优点。基本上，具有可见读数的可穿戴设备通常由变色传感元件和粘性基底材料组成，只需要将这两个部件结合起来，就可以建立一个具有健康监测所需性能的可穿戴设备，这比制造可穿戴电子设备要容易得多。具有可调谐光学特性的材料正在成为传感元件的潜在替代品，因为它们具有在外部刺激下产生视觉颜色变化的独特能力。尽管人们对可穿戴传感器的可见读数越来越感兴趣，但其发展仍处于萌芽阶段，有许多挑战需要解决，例如，一致性差、 视觉干扰、非连续监测和耐久性短。

研究成果

可穿戴式表皮传感器的进展已经彻底改变了为健康监测而采集和测量生理信号的方式。一个主要的挑战是如何以一种方便的方式将生理信号转换为易于阅读的信号。可穿戴式表皮传感器的一种可能性是基于可见的读出。有一系列的材料，其光学特性可以通过温度、pH值、光和电场等参数进行调整。在此，西安交通大学徐峰教授团队综述并强调了一组具有可调控光学特性的材料，以及将其整合到可穿戴式表皮传感器中用于健康监测。具体来说，总结和讨论了这些材料在可穿戴表皮传感器中的最新进展、制造和应用。最后，提出了下一代可穿戴设备的挑战和前景。相关报道以“Materials with Tunable Optical Properties for Wearable Epidermal Sensing in Health Monitoring”为题发表在Advanced Materials期刊上。

图文导读

Figure 1. Schematic illustration depicting the wearable epidermal sensors based on visible readouts with different stimuli.

Figure 2. Materials with tunable optical properties for wearable epidermal sensors in temperature monitoring.

Figure 3. Materials with tunable optical properties for wearable epidermal sensors in humidity monitoring.

Figure 4. Materials with tunable optical properties for wearable epidermal sensors in light monitoring.

Figure 5. Materials with tunable optical properties for wearable epidermal sensors in mechanical force monitoring.

Figure 6. Materials with tunable optical properties for wearable epidermal sensors in electrical monitoring.

Figure 7. Materials with tunable optical properties for wearable epidermal sensors in chemical signal monitoring.

Figure 8. Materials with tunable optical properties for dual-signal detection.

总结展望

可穿戴设备想做到成本效益高、不显眼、灵活、轻质、易于生产、生物兼容和多信号的传感系统。总的来说，仍然需要考虑一些重要的因素，如生物相容性、粘附性、拉伸性和灵活性、长期稳健监测和检测灵敏度。除此之外，未来的工作还需要重点关注集成、感知、隐私保护和可识别的视觉显示，以根据变色特性重塑下一代可穿戴表皮传感器。

文献链接

Materials with Tunable Optical Properties for Wearable Epidermal Sensing in Health Monitoring

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202109055