發表時間：2020/11/13
紡織生物化學傳感器有一個活性面，它在分子水平上與樣品反應或相互作用，例如通過使用固定受體選擇性地結合特定的目標物種，換能器將信號轉換成電學或光學響應，產生可觀察和定量的信號。
眼淚
眼淚是一種重要的非侵入性傳感器生物源，它含有的成分大多是由血液產生的。目前該領域的大部分研究都是使用淚液葡萄糖水平作為血糖指標，致力於開發具有實時監測糖尿病患者血糖的微型化可穿戴設備。最近，將葡萄糖生物傳感器集成到隱形眼鏡已經被幾個研究小組證實，然而淚液中的葡萄糖含量非常低（0.1 ～0.6 mmol），需要傳感器具有很高的靈敏度才能從預期的化學反應中提取信號。
除葡萄糖外，乳酸是人體重要的代謝物，在低氧條件下可轉化為L－乳酸。淚液中的L－乳酸水平約為 1 ～5 mmol/Ｌ，由於某些健康狀況，包括缺血、組織氧合不足、中風和不同類型的癌症，其水平可能會顯著升高。THOMAS等通過集成一個纖維傳感器的聚合物隱形眼鏡原位測量人類眼淚中的乳酸。乳酸濃度與身體壓力直接相關，基於纖維的傳感器也能夠應用於測量這種羧酸的濃度和心臟的活動。
汗液
在所有體液中，汗水是紡織服裝最容易接觸到的。作為最容易獲得的人體生物體液之一，通過監測汗液電解質濃度可以獲得大量關於人體及其物理性能的信息，白天和夜間的出汗模式分析可能有助於監測糖尿病和高水症患者各項指標。
利用汗液進行生理參數監測的可穿戴傳感器有兩種類型：柔性塑料面料或表皮面料。使用織物貼片來測量汗液pH值、鈉和溫度，以及利用紡織溼度傳感器測量出汗率。BIOTEX項目中汗水收集使用了錦綸/氨綸複合織物，其設計了一種用於排汗的被動泵送機制，從而將排汗傳送到由兩個織物電極構成的電容式傳感器，隨著汗液在電容器之間的滲透，根據電容變化測量的溼度梯度來估計出汗率。JIA等提出了一種新型的導電線紡織傳感器，可以嵌入人衣服上的不同位置，通過電阻的改變測量汗液量。
在BIOTEX項目期間開發的出汗率傳感器
汗液監測用導電線紡織傳感器結構
唾液
唾液是一種從血液中滲透出的由多種化學物質組成的複雜液體。唾液中存在的生物化學物質可提供情緒、激素、營養代謝狀況、pH值、氟化物酸度等在線監測。MALON等描述了一種測定唾液樣品中乳酸濃度的方法，其使用一種簡單和低成本的棉織物基電化學裝置，即把乳酸氧化酶在反應區用一種簡單的包埋法固定化。YAO等採用絲網印刷技術，在一塊親水的棉布上製造碳電極和電化學室，將乳酸氧化酶固定在工作電極上進行唾液中乳酸測定，而以布為基礎的電化學發光信號則通過一部智慧型手機讀出。MANNOOR等開發了一種由石墨烯層列印在水溶性絲綢上製成的混合生物傳感器，用於通過體液（包括汗液和唾液）對細菌進行無創檢測。這種石墨烯/蠶絲混合裝置顯示出對體液中細菌極高的敏感性，檢測限為單個細菌。此外，該裝置通過射頻為潛在用戶提供無電池操作和無線通信系統。
基於面紗微流體通道的乙醯氨基酚（ACT）和雙氯芬酸（DCF）檢測系統
帶pH傳感器的傷口敷料
其他雜項生化信號
除了電解質和代謝物，最近的出版物報導了用於其他目標的表皮化學傳感器，如重金屬、咖啡因（一種用於藥物檢測的模型分析物）、汗液中的皮質醇、用於監測傷口癒合的化學標記、乙醯氨基酚和皮膚中的黑色素。下圖為用棉線的毛細管力建造的微流體通道，採用多脈衝安培法同時測定對乙醯氨基酚（ACT）和雙氯芬酸（DCF）。另一個有前景的方向是通過檢測相關標記物（如pH值、尿酸）來實時監測傷口癒合。這類傳感器主要是在紡織品中摻雜比色指標，即顏色隨化學物質的變化而變化，研究最多的是對酸或鹼的反應。
更多內容，請關注《紡織導報》2020年第10期「智能醫用傳感紡織品的研究現狀」一文。