新研究发明：无需外源电池驱动的柔性自维持汗液传感器

人体在运动的过程中会产生大量的汗液，它含有各种各样的分泌物，包括激素、代谢物、氨基酸和电解质(Na +、K +、H +)等，这些物质可以在一定程度上指示人体的健康状况，为医学诊断（如囊性纤维化、皮肤病、糖尿病等）提供有价值的参考。柔性穿戴技术的出现，使得汗液多参数生化指标的监测更加方便、舒适。

Nano Energy 期刊发表的《Human Joint Enabled Flexible Self-Sustainable Sweat Sensors 》研究论文提出了一种利用压电效应将人体运动过程中关节的机械能转化为电能，驱动柔性电路和汗液传感器贴片。该传感器无需外部电池供电，即可监测汗液中的Na+、K+和pH值，并实现数据的无线传输和处理。提供机械能的关节可以是手指、手肘和膝盖等。  
 
将柔性压电膜附着在手指的近端指间关节上，当手指展开时，压电膜中的电偶极子垂直排列在正极和负极之间；当手指弯曲时，压电薄膜内正负电荷的中心就会移动，产生极化电荷和电场，驱动电子通过外部电路，将机械能转化为电能。电能储存在电容器中，驱动柔性电路处理汗液检测信息，并将其无线传输到手机。柔性汗液传感器贴片通过微通毛细血管收集皮肤表面的汗液，通过离子选择电极将电压与汗液中Na+、K+、H+浓度的对数相关联，从而实现对汗液离子和pH值的监测。 实验开发的FWS4P在非运动场景下的汗液监测，包括手力量和手臂力量训练，以及通过骑自行车减少脂肪
 
 
 
在实践中，将柔性压电膜分别固定在手指、手臂肘窝和腿部腘窝，在运动过程中可产生45.6μA、45μA和41.3μA的电流。
 
当实验者在运动一段时间后出汗时，运动产生的电能可以打开电路，监测汗液中的离子和pH值，并将结果传输到手机界面。结果表明，Na+浓度为52.36mM, K+浓度为8.55mM, pH为6.13，均在人体正常生理范围内。
 
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106786