这是一篇于2024年发表在期刊《Soft Science》上的综述文章，题为《用于糖尿病及其相关并发症实时监测的可穿戴电化学传感器》（Wearable electrochemical sensors for real-time monitoring in diabetes mellitus and associated complications）。该文的主要作者包括来自韩国汉南大学信息与通信工程系的Han Hee Jung以及大邱庆北科学技术院机器人与其一体化工程系的Hyeokjun Lee、Junwoo Yea和Kyung-in Jang。文章系统性地阐述了可穿戴电化学传感器在糖尿病及其并发症主动管理与预防中的核心作用，强调了这些传感器通过检测汗液、泪液、唾液和间质液（interstitial fluid, ISF）中的分析信号，为糖尿病管理提供了实用解决方案。

文章首先介绍了研究的学术背景。随着全球工业化和肥胖率的急剧上升，糖尿病已演变成一种全球性流行病。根据国际糖尿病联盟的数据，2021年全球20至79岁的糖尿病患者约为5.37亿，预计到2045年将增至7.83亿。糖尿病作为一种无法治愈的慢性代谢性疾病，其特征是持续性高血糖，并会诱发脑血管疾病、心血管疾病、糖尿病肾病等一系列严重并发症。因此，持续监测与糖尿病相关的关键生物标志物，如葡萄糖、乳酸、酮体、尿酸以及电解质（如钠离子和钾离子），对于疾病的控制和并发症的预防至关重要。传统的指尖采血血糖监测虽然扮演了重要角色，但其带来的疼痛和不适感降低了患者的依从性。因此，文章指出，利用柔性、非侵入式或微创的可穿戴传感器，实现对多种生物标志物的实时、多重检测，已成为重要的发展方向。

在核心内容部分，文章首先从电化学传感策略层面进行了深入阐述。文章详细介绍了电化学传感器的三种主要类型：电位型、电流型和伏安型。在此基础上，作者系统性地梳理了酶基传感器与非酶基传感器的反应机制和材料。 在酶基电化学传感方面，文章解释了以葡萄糖氧化酶（glucose oxidase, GOx）、乳酸氧化酶（lactate oxidase, LOx）为主的传感器是如何工作的。第一代酶传感器通过检测酶反应产生的过氧化氢（H₂O₂）来量化目标物浓度，但存在对氧气依赖和需要高电位导致选择性差的问题。第二代传感器引入了如二茂铁（ferrocene, Fc）等氧化还原媒介体（redox mediators），解决了高电位问题并增强了的稳定性与灵敏度。第三代传感器则试图实现酶反应中心与电极表面的直接电子转移，操作电位更低，选择性更佳，但其技术复杂性和成本仍是挑战。此外，文章还比较了酶在电极上的固定方法，如物理吸附、包埋法以及化学交联和共价键结合等，并指出了它们各自在稳定性、酶泄漏和活性保持等方面的优缺点。 在非酶基电化学传感方面，文章探讨了利用抗体、适配体（aptamers）和分子印迹聚合物（molecular imprinted polymers, MIPs）等生物亲和元件，通过竞争法或三明治法等机制将生化相互作用转化为电信号，以实现对特定生物标志物的高灵敏度检测。针对电解质（如Na⁺和K⁺）的监测，文章阐述了基于离子选择性膜（ion-selective membrane, ISM）的电位型传感器的工作原理，即利用膜与溶液界面的电荷分离产生的能斯特响应，将离子活度变化转化为电压信号。

随后，文章系统地回顾了这些传感技术在不同生物流体中的应用。在汗液传感方面，文章列举了多种设备形态，如3D打印的腕带式平台“Sweatch”可实现运动时Na⁺和K⁺浓度的实时监测；集成了氧化锌纳米线的头带式传感器用于检测汗液中的乳酸和钠离子；以及基于纺织品的可拉伸生物燃料电池，能够在监测汗液的同时实现自供电。这些研究展示了汗液传感在连续健康监测中的潜力，但文章也指出，建立汗液与血液葡萄糖水平之间的普遍且个性化关联，仍是未来研究的关键。在泪液传感方面，技术已从微针状的毛细管传感器发展到可直接佩戴的智能隐形眼镜。这些智能隐形眼镜不仅集成了葡萄糖传感器，还能测量眼压，甚至能通过微型发光二极管（LED）显示葡萄糖水平，并在需要时进行按需药物递送。为了规避隐形眼镜与眼球直接接触的安全风险，研究还开发出了集成于眼镜鼻托上的泪液采集与传感系统。在唾液传感方面，文章介绍了在纸张上喷墨打印的葡萄糖传感器、安装在定制牙套上的电化学传感器，乃至能无线监测新生儿唾液中电解质和葡萄糖的智能奶嘴。这些设备利用了唾液易于获取的特点。在间质液（ISF）传感方面，微创的微针阵列（microneedle arrays, MNAs）和反向离子导入（reverse iontophoresis, RI）技术成为主流，它们能通过皮下或经皮肤提取ISF，实现对血糖的持续监测，其数据与指间采血测得的数据高度相关，且市面上已有多种此类商业化设备。

最后，文章着重介绍了可穿戴传感器在多重分析与智能管理方面的进展。第一种方向是电化学与生理生物标志物的多模态传感集成，例如，通过一个混合贴片同时监测汗液中的乳酸和心电图（electrocardiogram, ECG）测量的心率，或通过耳戴式设备同步检测乳酸、pH值和心电图。更进一步的集成系统能利用汗液生物燃料电池为电子皮肤供电，从而在没有任何外部电池的情况下，连续监测多种代谢物、皮肤温度乃至肌肉活动。另一种方向是整合对多个电化学生物标志物的同步监测，例如一个腕带平台能同时检测汗液中的葡萄糖、乳酸、K⁺和Na⁺；基于眼镜平台的传感器能实时监测汗液中的葡萄糖、乳酸和K⁺。文章还特别提到了对糖尿病酮症酸中毒（diabetic ketoacidosis, DKA）关键标志物β-羟基丁酸（β‑HB）的实时连续监测，以及将葡萄糖与胰岛素同时检测的芯片和唾液传感器的开发。

本文的学术价值和实用意义在于，它全面覆盖了从基础电化学原理到前沿设备设计的广阔领域，清晰地展示了可穿戴电化学传感技术在糖尿病管理上的巨大潜力。其重要发现和创新点集中于：通过多种非侵入性或微创手段，实现对除葡萄糖外的乳酸、酮体、尿酸、多种电解质甚至胰岛素等多重生物标志物的同步实时监测。机器学习算法的引入更进一步增强了这些器件从复杂生理数据中进行模式识别和高维度分析的能力。文章通过这些系统性的论述，为相关领域的研究者提供了一个清晰的技术全景图，并指明了未来的研究方向，即通过材料创新、系统集成和智能算法，构建更精准、更舒适、更具预测性的个性化糖尿病闭环管理系统。