本论文属于 类型b，是一篇综述论文。

关于可穿戴传感器在人体健康监测领域研究进展的学术报告

本文由朱国建（上海理工大学材料与化学学院；中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室）、陈爱英（上海理工大学材料与化学学院）、王冉冉（通讯作者，中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室；中国科学院大学杭州高等研究院化学与材料科学学院）和孙静（中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室）共同撰写，发表于《分析化学 (Chinese Journal of Analytical Chemistry)》2022年第50卷第11期（出版于2022年11月）。论文题为《用于人体健康监测的可穿戴传感器件研究进展》，系统性地综述了用于人体关键生理和生化指标监测的可穿戴传感器的研究现状、前沿热点、优势与不足，并探讨了未来发展趋势。

报告内容如下：

论文主题与核心论点： 本文的核心主题是全面梳理和评述用于人体健康监测的可穿戴传感器的研究进展。文章指出，随着全球老龄化加剧和慢性病管理需求增长，可穿戴设备因其体积小、佩戴舒适、检测方便等优点，在疾病诊断、康复治疗和日常健康评估领域展现出广阔前景。其中，传感器作为信息采集的关键模块，是当前研究热点。本文旨在围绕动作、呼吸、脉搏、血压、心电、体温、汗液、唾液、呼出气等关键生理生化指标的检测，系统阐述相应传感器技术的研究现状，分析其优劣势，并展望未来挑战与发展方向。

主要观点分述：

第一，可穿戴传感器的应用可分为单一指标监测和多功能集成监测两大方向，其中单一指标监测是技术基础，涵盖了生理信号和代谢物监测两大类。 本文的综述结构清晰，首先按监测指标分类，详细阐述了各类单一功能传感器的原理、材料和最新研究成果。生理信号监测包括身体动作、呼吸、脉搏/血压、电生理信号（如心电ECG）和表皮温度；代谢物监测则涵盖汗液、唾液和呼出气体中的生物标志物分析。这种分类方式有助于读者系统了解不同健康参数对应的传感技术路径。文章强调，尽管已有大量针对单一指标的优秀传感器被开发出来，但实际健康状态评估往往需要多参数综合分析，这自然引出了向多功能集成发展的趋势。

第二，在人体生理信号监测方面，不同信号对传感器提出了差异化的性能要求，推动了多种传感原理和材料的发展。 对于身体动作监测，主要依赖于柔性压力/应变传感器。文章详细比较了电阻式、电容式、压电式和摩擦电式四种工作原理传感器的特点。例如，电阻式传感器（基于MXene、碳纳米管CNTs、石墨烯等新材料）通过应力改变导电通路，灵敏度高，但响应重复性和高频信号响应能力有待提升。压电式传感器适合高频信号，但无机材料的柔性化是挑战。摩擦电式传感器具有自供电潜力，但稳定性易受环境影响。文中列举了Wang等基于三维自交联碳纳米棒阵列（CNA）的传感器用于监测帕金森震颤，以及Yang等模仿玫瑰花瓣微结构开发的高灵敏度压阻式传感器用于监测喉咙活动、步态等实例，具体展示了材料与结构创新如何提升传感器性能。 对于呼吸监测，技术路径分为直接测量呼气气流和间接测量胸腔应变。后者通过将压力/应变传感器集成于衣物或制成贴片，更具穿戴舒适性和动态监测潜力。例如，Fan等开发的摩擦电全纺织传感器阵列（TATSA）可同时监测呼吸和脉搏，但文章也指出纺织品传感器存在舒适度与灵敏度之间的矛盾，且信号易受身体运动干扰。相比之下，Chu等开发的褶皱结构金属薄膜应变贴片传感器更小巧，并能通过加速度计去除运动伪影，展示了动态监测的可行性。 对于脉搏和血压监测，文章对比了光电容积描记法（PPG）和力电法。PPG技术已广泛应用于智能手环，但存在运动伪影干扰和佩戴部位受限的问题。力电法则通过高灵敏度压力传感器直接感知动脉搏动，如Bao研究组采用锥形PDMS介质层和微毛结构的传感器实现了对深颈内静脉脉搏（JVP）的高信噪比监测。在血压监测方面，直接测量仍是难点，当前研究主要基于脉搏波传导时间或波形进行估算，或探索新途径如Feng研究组研发的柔性压电超声换能器阵列，实现了无需校准的长期连续动脉血压监测。 对于电生理信号（如心电ECG）监测，关键在于生物电极。文章分析了传统Ag/AgCl湿电极的局限性（如凝胶引起过敏、易失水），并重点介绍了无需凝胶的干电极的研究进展。提升干电极性能的策略包括引入微结构增加接触面积（如受章鱼触手启发的类吸盘结构）以及改善界面粘附性（如Zhang等开发的全有机自粘性PWS电极），这些创新旨在降低界面阻抗、提高信号质量，以适用于长程监测。 对于人体表皮温度监测，主要技术包括基于热敏电阻和热电效应的传感器。热敏电阻（如NiO传感器）灵敏度高，但易受应变干扰。基于热电效应（塞贝克效应）的传感器则通过温差产生电压，可实现温度感知而不受压力干扰，如Li等基于导电MOF Ni3(HTTP)2开发的压力-温度双功能传感器。此外，热致变色材料为可视化温度传感提供了新思路。

第三，在人体代谢物监测方面，汗液、唾液和呼出气作为重要的无创检测样本，其传感器设计侧重于微流体、电化学和气体传感技术的集成与创新。 汗液监测是可穿戴生化传感器的研究热点。传统方法需要刺激产生大量汗液，体验不佳。当前趋势是将微流体技术与柔性衬底结合，实现小体积汗液（微升或纳升级）的采集与多参数分析。例如，Sempionatto等开发的皮肤微流体传感器可检测Na+和K+浓度。为解决外接设备限制，集成化成为方向，如Sempionatto等将乳酸和K+传感器集成到眼镜鼻桥垫上，实现了无线监测。Rogers等则开发了无电池、无线电子传感平台，集成了微流体和比色分析技术，可检测多种指标。文章也指出，未来挑战包括提高对低出汗率人群的灵敏度、防止小样本蒸发污染以及拓展对大分子标志物的检测能力。 唾液监测方面，传感器需集成于口腔环境（如牙套），面临生物相容性、口腔细菌干扰和佩戴舒适性三大挑战。研究案例如Arakawa等在牙套上集成葡萄糖传感器，并通过醋酸纤维素（CA）膜抑制抗坏血酸（AA）和尿酸（UA）的干扰，提升了检测特异性。 呼出气体监测侧重于检测挥发性有机化合物（VOCs）。例如，Wang等开发了基于多孔壳聚糖-氧化石墨烯的柔性化学传感器用于检测丙酮；Xu等设计了由卟啉修饰还原氧化石墨烯组成的气体传感器阵列，可区分多种VOCs。但该技术易受环境空气污染和湿度干扰，且全集成实时无线设备仍待发展。

第四，多功能集成监测是可穿戴传感器的必然发展趋势，旨在通过单一平台同步获取多种生理生化信息，但面临信号串扰、结构复杂等挑战。 文章指出，未来的可穿戴设备应以同时对多种指标进行实时检测为目标。实现多功能集成的策略包括开发双功能或多功能传感单元，以及构建多功能传感器阵列或电子皮肤。例如，Zhang等制备的微结构框架支撑有机热电（MFSOTE）材料温度-压力双功能传感器，利用独立的热电和压阻效应，实现了信号分离。Yamamoto等提出的一次性印刷式健康诊断传感贴片，集成了三轴加速度计和紫外光传感器，可同时监测温度、心率、紫外照射和身体活动。电子纹身（E-tattoo）或电子皮肤（E-skin）是新兴形态，以其超薄、柔软、贴合性好著称。Wang等开发的基于石墨烯/丝素蛋白/Ca2+的多功能自愈合电子纹身，以及Gogurla等推出的含碳纳米管的天然丝蛋白膜电子纹身系统，展示了其在监测心电、肌电、皮肤温度甚至药物递送方面的潜力。然而，随着集成参数增多，器件结构趋于复杂，制造工艺繁琐，且如何有效解耦不同信号之间的干扰是关键难题。

第五，论文在总结与展望部分，系统归纳了当前可穿戴传感器发展的成就与面临的挑战，并指明了未来研究方向。 文章总结认为，柔性新材料与先进制造技术推动了传感器性能（如灵敏度、感应范围）的大幅提升，高灵敏度、低成本、便携且稳定的柔性传感器件预示着其在个性化医疗领域的巨大潜力。然而，迈向实际应用仍面临四大核心挑战：（1）稳定性、响应重复性与性能一致性是应用前提，目前相关研究相对较少。（2）规模化制备难题：许多高性能传感器的制备工艺复杂，难以批量生产，发展简单、便捷的制备方法是关键。（3）多功能集成中的信号串扰问题：实现互不干扰的多功能感知是重要发展方向。（4）能耗问题：全天候监测要求高，发展低功耗传感器及优化电源管理至关重要。这些挑战的解决将是推动可穿戴健康监测技术从实验室走向市场、从概念验证走向日常应用的关键。

论文的意义与价值： 本文是一篇全面、系统且时效性强的综述。其价值在于：首先，它为研究人员提供了一个清晰的领域图谱，按监测指标分类梳理了技术路线、代表性工作和前沿进展，具有很高的参考价值。其次，文章不仅展示了各项技术的优势，也客观分析了其不足和局限性，这种辩证的视角有助于读者把握技术发展的真实状态和瓶颈所在。最后，文章明确指出了未来发展的四大挑战，为后续研究指明了重点攻关方向，对引导该领域的科研投入和技术创新具有重要的指导意义。因此，本文对于从事柔性电子、生物传感、可穿戴设备及医疗健康监测相关领域的研究人员和工程技术人员而言，是一份重要的参考文献。