不怕出汗！香港城市大学开发具有超强吸湿排汗功能的可穿戴电子

具有良好透气性的可穿戴电子设备可提供舒适的穿戴体验，并便于长时间连续监测生物信号。然而，目前对渗透电子学的研究主要处于电极和衬底开发阶段，远远落后于与各种电子元件(如电路、电子、封装)全面集成的实际应用。在一个单一的、集成的可穿戴电子系统中实现渗透性和多功能性仍然是一个艰巨的挑战。

2024年3月27日，香港城市大学于欣格团队在Nature在线发表题为“A three-dimensional liquid diode for soft, integrated permeable electronics”的研究论文，该研究出了一种基于三维液体二极管(3D LD)结构的集成透湿可穿戴电子产品的一般策略。

通过构建空间非均质润湿性，3D LD以11.6 ml cm- 2min- 1的最大流量将汗液从皮肤单向自泵至出口，比运动时的生理出汗速率高4000倍，即使在出汗条件下也能表现出卓越的皮肤友好性、用户舒适性和稳定的信号读取行为。可拆卸设计包含可更换的蒸汽/排汗基板，可重复使用软电路/电子设备，提高其可持续性和成本效益。该研究在先进的皮肤集成电子产品和纺织品集成电子产品中展示了这一基础技术，突出了其在可扩展、用户友好的可穿戴设备方面的潜力。

在延长的时间窗口内持续监测生命/生理信号在全面了解个体整体健康状况方面发挥着重要作用，可以实现早期疾病预测、自我指导诊断、个性化治疗和改善慢性健康状况的管理。可穿戴电子产品的最新进展，特别是那些集成在皮肤集成或基于纺织品的设备中的电子产品，促进了日常活动期间持续的身体生物信号监测。然而，尽管在优化这些可穿戴设备的机械和电气性能方面取得了显著进展，但它们的广泛采用和临床应用仍然存在一些障碍。一个重大的挑战是电子材料/设备的渗透性差，导致在一定时间的操作后皮肤-设备界面上的汗液积累。这一障碍不仅会给用户带来热生理上的不适，还会恶化收集到的信号质量和粘附性能，从而阻碍长时间的精确信号监测。

基于超薄材料、多孔材料、纳米纤维、纳米材料或基于纺织品的结构的可呼吸电子产品能够通过其微/纳米开口被动或主动排放气体、蒸汽和汗水。因此，它们在皮肤和设备之间提供了一个用户友好的界面，确保在长期医疗监测期间甚至在出汗条件下也能获得更稳定的信号。然而，从实际应用的角度来看，可呼吸电子设备的发展仍处于起步阶段，因为这些设备的功能主要与简单的电极、传感器、天线、能量收集器/存储和显示器相关。最先进的可穿戴电子设备包括更复杂的功能传感器、电路和用于信号采集、处理和传输的模块。因此，实现高水平的集成和多功能可穿戴电子产品，同时又具有透气的格式，仍然是一个显着的挑战。

基于3D LD概念的集成系统级防汗可穿戴电子产品（图源自Nature）

3D LD提供集成的系统级透湿性，比人体排汗率高出三个数量级，从而实现无缝、连续和热舒适的医疗保健监测。全面的用户研究表明，在出汗条件下，它在保持稳定和舒适的皮肤设备界面方面具有卓越的性能。与传统的心电图监护仪相比，基于3D LD概念的心电图监护仪显示出更少的运动伪影，在长达一周的时间内产生可靠的信号。这将3D LD技术定位为用户友好的长期医疗监测可穿戴设备的有前途的候选者。该研究在先进的皮肤集成电子产品和纺织品集成电子产品中展示了这一基础技术，突出了其在可扩展、用户友好的可穿戴设备方面的潜力。

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07161-1