柔性可穿戴传感器因其在健康监测和人机交互中的应用而备受关注。可穿戴传感器已经被证明可以感知有限范围的代谢物，如离子、葡萄糖、尿酸、乳酸等。汗水和尿液都含有许多其他生理相关的代谢物。β-羟基丁酸(HB)是糖尿病酮症酸中毒的重要生物标志物，是由高血糖或代谢性酸中毒患者的酮体积累引起的一种情况。

中国科学院长春应用化学研究所张强研究员报告了一种可穿戴双功能传感器，与现场信号处理电路(SPC)集成在一起，可以记录生理压力信号(脉搏跳动、呼吸、声带振动等)，并同时灵敏的检测汗液、尿液和血清中的HB。

图1. 可穿戴传感器的研制及应用方案。

相关工作以“Integrated Wearable Sensors for Sensing Physiological Pressure Signals and β‑Hydroxybutyrate in Physiological Fluids”为题发表在Analytical Chemistry上。

图2. 可穿戴传感器的制备过程。

要点1.通过控制逐步碳化废塑料聚(乙二醇)对苯二甲酸乙二醇酯(PET)可制备还原氧化石墨烯(rGO)薄膜。蛇纹石还原氧化石墨烯电极用于高灵敏检测脉搏跳动、呼吸、声带振动等生理压力；此外，通过与戊二醛(GA)交联形成了HBD/NAD+的三维(3D)网络，在戊二醛外包覆壳聚糖(CHI)膜，以进一步约束HBD/NAD+。实现HB的电化学检测。

要点2.利用聚硫氨酸(pTHI)薄膜作为氧化还原介质，生成低电位和无干扰的NADH电催化剂。

要点3.该双功能传感器集成了信号处理电路，可进行信号转导、调节、处理、无线传输，并通过自主开发的软件实时显示健康监测

图3. (a)生理压力感知的机理，(b)弯曲过程中阻力的变化，(c)弯曲过程中传感器的响应时间，(d)呼吸过程中的实时阻力信号，(e)脉搏跳动的实时频谱，(f)局部放大(e)，(g)志愿者(28岁)的实时ACG，(h) (g)局部放大图，(i)响应ACG信号的心动周期示意图。

图4. (a)THI在CPF电极表面电聚合的CV，(b)电流值和THI浓度的函数，(c)pTHI/CPF电极在PBS缓冲(pH7.4)中的CV，(d)在WE制备过程中，电流响应和NAD+浓度的函数，(e)在WE制备过程中，电流响应随HBD浓度的变化，(f)电极的电流响应随测试pH的变化，(g)在5 mM [Fe(CN)6]3-和0.1 M KCl水溶液中记录电极的交流阻抗，(h)在5 mM [Fe(CN)6]3-含0.1 M KCl溶液中，HBD/NAD+/pTHI/CPF电极在不同扫描速率下的CV曲线。

图5. 在(a, b)真正的汗液、(c, d)真正的尿液和(e, f)血清中HB浓度升高时，HB传感器的安培响应和校准图。

图6. (a)集成式可穿戴传感器的详细照片，(b)传感器附着在被检测的手臂上，(c) SPC电路图，(d)含有0.2M HB的5 μL人工汗液滴在传感器表面的结果，(e)将传感器安装在志愿者的手臂上(步行10分钟后)检测汗水中的HB浓度，(f)用(d)的数据重绘曲线图，(g)用(e)的数据重绘曲线图。