这是一篇发表于 Materials Horizons 期刊的综述论文，题为《用于数字健康的自供电可穿戴传感设备》（Self-powered wearable sensing devices for digital health），由 Yumeng Zhang、Engui Wang、Han Ouyang 和 Zhou Li 共同撰写，他们均来自 中国科学院北京纳米能源与系统研究所，论文于 2025年 被 英国皇家化学学会（The Royal Society of Chemistry） 接收发表。该综述系统性地梳理了自供电可穿戴传感设备在数字健康领域的研究现状、供能机理、结构形态、应用场景及未来挑战。

本综述的核心主旨在于探讨如何利用人体自身或环境的能量来驱动可穿戴传感设备，从而解决传统数字医疗设备因依赖外部电源而带来的笨重和不便。文章系统性地阐述了自供电可穿戴传感设备在数字健康监测与管理中的关键角色，详细介绍了多种能量采集技术的基本原理、提升能量转化效率的策略，并总结了该类设备在疾病主动预防、智能诊断、精准治疗及科学康复等方面的具体应用。

论文首先回顾了自供电可穿戴传感设备兴起的背景。随着全球健康管理意识的增强和人工智能技术的进步，数字医疗设备正朝着智能化、便携化和多功能化的方向飞速发展。然而，功能的增加意味着能耗的上升，这使得不依赖外部电源、能够持续工作的自供电传感器成为研究热点。这类设备能够将光、热、机械运动等环境刺激转化为电信号，在实时健康监测和数据采集方面展现出巨大潜力。

在供能原理方面，论文重点介绍并对比了多种核心能量采集技术。摩擦纳米发电机（TENG） 利用摩擦起电和静电感应的耦合效应，将机械能转化为电能。文章指出，通过材料掺杂、表面改性和优化结构设计（如多层结构或仿生结构）等手段，可以有效提升其输出功率密度。例如，一种利用气体-液体两相流的TENG巧妙地收集了水能，而具有纳米结构化表面的生物可吸收TENG则实现了高达65.2伏的开路电压。压电纳米发电机（PENG） 则基于压电效应，特别适用于高频运动的精确检测。通过离子掺杂、相结构调控以及设计仿生鲨鱼鳃结构的可伸缩多通道发电机，PENG的输出性能得到了显著提升，比如利用镁掺杂的氮化镓纳米线PENG实现了功率密度数百倍的增长。热电发电机（TEG） 基于塞贝克效应，利用人体与环境间的温差发电。论文提及了通过3D打印将无机刚性热电材料集成到柔性基底，以及利用喷墨打印技术制备大面积热电薄膜等创新方法。此外，综述还涵盖了热释电纳米发电机（PYNG）、生物燃料电池（BFC） 和磁电发电机等其他供能模式。例如，酶生物燃料电池与氯化银锌电池结合的微电网系统可从指尖汗液中集能；而基于磁性织物的发电机可在手臂摆动时连续稳定供电。针对单一供能模式的局限性，论文最后阐述了混合供能模式的优势，如将TENG与PENG、TENG与电磁发电机或太阳能电池等结合，以实现多源能量互补，增强系统的稳定性与持续工作能力。

除了供能机理，论文还深入探讨了自供电可穿戴传感器的两种主要穿着形态。智能织物通过将导电纤维、传感器和能量采集器与传统纺织工艺（如编织、刺绣）无缝集成，实现了透气、舒适且可水洗的全织物结构传感网络。例如，文献中提到的织物传感网络能够进行步态识别，而基于MXene的热电织物则可监测呼吸和关节状态，甚至具备水下通信和火灾预警等多功能。柔性贴片式设备则分为粘附型和非粘附型。粘附型贴片常采用水凝胶等材料实现自粘附，用于构建电子皮肤或人机交互界面；非粘附型则多借助绑带或胶带固定，用于实现无线汗液分析、有害气体检测等功能。例如，一种基于废弃口罩材料的光伏发电机可收集水分蒸发的能量，为自供电应变传感提供了新思路。

在数字健康应用层面，论文提炼出四大核心方向。主动预防领域，智能口罩系统（EBCARE）可连续分析呼出气冷凝物中的生物标志物，实现代谢与呼吸道炎症的监测；自供电伤口敷料则利用温差催化产生过氧化氢以抑制细菌生长。智能诊断方面，轻薄的无线软体听诊器能够连续监听心肺音并量化诊断疾病；多模态肌肉监测柔性传感器结合肌电信号与肌力图，可实现肌肉疲劳评估与功能障碍识别。精准治疗层面，智能绷带通过闭环传感与药物干预促进慢性伤口愈合；集成智能设备则实现了对类风湿性关节炎的炎症监测与协同治疗。科学康复领域，磁驱动压电悬臂梁阵列从关节运动中收集能量，支撑可穿戴关节康复监测系统；针对全膝关节置换术患者的可穿戴支具则能量化评估肌肉力量与关节活动度，指导个性化康复训练。

最后，论文展望了该领域面临的挑战与未来发展方向，勾勒出一条清晰的技术路线图。提升传感器灵敏度需要开发高灵敏度纳米复合材料和优化微纳结构；设备微型化有赖于微机电系统技术和超薄传感器的开发；增强自供电效率需结合混合供能和低功耗设计；多功能集成仰赖模块化设计与多传感器融合技术；远程通信控制则可通过低功耗蓝牙和事件驱动的智能传输策略来优化。总而言之，这篇综述为自供电可穿戴传感设备在数字健康领域的深入研究和应用转化提供了全面的理论基础和技术洞察，凸显了其在推动个性化、智能化医疗发展中的巨大潜力。