Hydrogels for Emerging Wearable Sweat Monitoring Devices 

用于新兴可穿戴汗液监测设备的水凝胶

近日，首都体育学院体医融合创新中心、运动健康新材料研究中心陈煜、彭克林团队发表题为“Hydrogels for Emerging Wearable Sweat Monitoring Devices”的综述，系统阐述了水凝胶在汗液收集、成分分析及系统供能等汗液检测领域的前沿应用、技术原理与发展趋势，并探讨了该领域面临的挑战与未来方向。彭克林副教授与陈煜教授为论文共同通讯作者。

汗液因其易于无创获取且包含电解质、代谢物等多种动态生理信息，被视为理想的诊断介质。传统检测方法存在侵入性、耗时等问题，而水凝胶材料以其三维亲水网络结构、卓越的皮肤贴合性与功能可调性，为开发舒适、连续、精准的汗液传感设备提供了突破性解决方案。文章分别从汗液采集、汗液动态监测、监测体系供能三个方面，介绍了水凝胶在其中起到的重要作用。

1. 用于汗液采集的水凝胶

在汗液采集过程中，水凝胶通过负载激动剂，在静息状态下可主动诱导局部出汗；此外，利用水凝胶可调的渗透压特性，消除皮肤表面张力，可实现无刺激、零功耗的连续汗液提取。

(a)水凝胶辅助离子电渗汗液提取系统示意图；(b)集成多通道传感原理实现汗液诱导与组织间隙液同步采集；(c)使用香芹酚掺杂琼脂糖水凝胶作为非侵入式β-HB监测探头的柔性传感器结构示意图；(d)渗透压驱动汗液分泌机制，水凝胶涂层消除表面张力提升收集效率；(e)融合渗透界面水凝胶、纸质微流控通道与丝网印刷电极的电化学乳酸盐传感系统示意图。

2. 用于动态监测汗液成分的水凝胶

在汗液成分监测方面，水凝胶通过其可功能化的三维网络结构，可作为敏感元件，在光学传感与电化学传感等模式下，对汗液中的特定代谢物或电解质成分产生灵敏响应。通过整合纳米材料（如TiO₂纳米管、金纳米颗粒或氧化石墨烯）或特异性分子受体，水凝胶能够将目标物的化学信号有效转化为可视化的光学信号或可测量的电信号，从而实现汗液成分的实时、精准动态监测。 

(a)三维TiO₂纳米管/海藻酸盐水凝胶支架的扫描电镜图像及其对应的比色检测机制；(b)集成多种分子受体的可穿戴SERS传感器概念示意图及实物照片，附应用演示；(c)用于工作电极修饰的网状结构金纳米颗粒/氧化钛/聚乙烯吡咯烷酮水凝胶；(d)氧化石墨烯表面修饰碳纳米管合成路线及自愈合CNC@BSA-GOx/PVA纳米复合水凝胶制备工艺；(e)水凝胶溶胀检测汗液浓度的工作原理及基础器件架构；(f)PVA/ATMP水凝胶原理示意图，兼具弹性敏感性（通过霍夫迈斯特效应）和电学敏感性（通过水合离子迁移）。

3. 水凝胶用于汗液检测系统供能

    在汗液检测系统供能方面，水凝胶凭借其优异的柔韧性与生物相容性，能够高效捕获并转换人体运动产生的机械能，将其转化为电能。这种特性使其成为构建自供电系统的理想材料，能够为可穿戴汗液监测设备提供持续、稳定的电能，摆脱对外部电源的依赖，推动设备向集成化、自驱动方向演进。     该综述系统梳理了水凝胶在可穿戴汗液监测设备中的前沿研究进展，总结了其在汗液收集、成分传感及系统供能三个核心环节的关键作用，提出未来水凝胶基汗液传感技术有望从单一功能模块向集成化、自驱动、智能解析的系统平台演进，为个性化健康管理提供创新解决方案。