在健康意识日益增强的今天，“主动健康管理”逐渐从口号变为现实。从智能手环记录步数与心率，到更先进的贴片式设备监测血氧、血糖甚至电解质水平，可穿戴设备正悄然成为我们贴身的“健康哨兵”，而支撑这一变革的核心技术之一，正是生物传感器。
生物传感器：可穿戴设备的“健康翻译官”
生物传感器的本质是一种“信号转换器”，其核心由三部分构成：生物识别元件、换能器、以及信号处理模块。与传统的医疗检测设备（如抽血验血糖需刺破皮肤）相比，生物传感器通过集成于柔性基底上，可贴合皮肤表面，通过汗液、组织液、甚至呼出气体等非侵入或微创方式获取生理信息，完美适配可穿戴设备的“轻量化”“舒适化”需求。
图1 生物传感器工作原理
2.多参数监测的关键技术
可穿戴健康监测的目标是“全维度”，不仅覆盖心率、血氧等基础指标，还需追踪血糖、乳酸、电解质（如钠/钾离子）等反映代谢状态与情绪变化的深层参数。实现这一目标，依赖生物传感器在以下方向的技术突破：
电化学传感器：代谢小分子的“精准捕手”
电化学传感器通过检测生物分子与电极表面的电子转移反应来定量分析物质浓度，是监测葡萄糖、乳酸等小分子代谢物的主流技术。例如，葡萄糖监测是糖尿病管理的核心需求，传统指尖采血存在疼痛与延迟问题。拜亿科技研发的持续血糖监测系统样机通过表面金属化、MEMS图案化工艺，实现4mm电极制备，比目前市面上流行的5mm电极短了20%，兼具高精度及低成本特性，具有知识产权自主可控、工艺简单、响应快速、稳定性好、准确性高等优点。
图2 拜怡康-Lotus01-持续血糖监测系统
乳酸监测则是运动健康与疲劳评估的重要指标。汗液中的乳酸浓度与血液中的变化趋势高度相关（相关系数>0.8），但传统乳酸传感器易受汗液pH值干扰。最近，来自美国宾夕法尼亚州立大学的研究者们开发了一种基于颗粒水凝胶（GHS）和激光诱导石墨烯（LIG）的可穿戴微流控电化学生物传感平台，实现了高效的汗液收集和灵敏的乳酸检测，为非侵入式健康监测提供了新的技术方案。该研究成果以“A Granular Hydrogel-Enabled Wearable Electrochemical Biosensing Platform for Continuous Non-Invasive Sweat Lactate Detection”为题，发表在《Small》期刊上[1]。
图3 美国宾夕法尼亚州立大学研究者开发可穿戴微流控电化学生物传感平台
柔性微流控与多参数集成：从“单一检测”到“全面感知”
单一参数监测已无法满足复杂健康状态评估的需求，多参数集成成为趋势。关键挑战在于如何在微小体积内整合不同类型的传感器、处理多路信号干扰，并确保长期佩戴的舒适性。柔性微流控技术为此提供了解决方案。例如，2023年，上海交通大学电子信息与电气工程学院感知科学与工程学院崔大祥教授团队在国际权威期刊《Small》以“A Fully Elastic Wearable Electrochemical Sweat Detection System of Tree-bionic Microfluidic Structure for Real-time Monitoring”为题发表最新研究成果，提出了一种名为"Sweatree"的弹性可穿戴电化学汗液检测系统。该系统利用仿生微流体结构实现了汗液高效收集与排放，同时使用电化学传感器实现了对K+、Na+、葡萄糖和乳酸的实时检测。它代表了弹性可穿戴汗液检测领域的重大进步，并且具有扩展到其他汗液标记物或各种可穿戴应用检测的广阔潜力[2]。
图3 上海交通大学崔大祥教授团队开发的Sweatree系统示意图及功能框图
3.挑战与未来：从“可穿戴”到“智能守护”
尽管技术进展迅速，生物传感器在可穿戴多参数健康监测中仍面临三大挑战：
长期稳定性——汗液/组织液的成分复杂（含盐、蛋白质等干扰物），可能导致传感器表面污染或酶失活，需开发抗污涂层（如聚多巴胺自清洁层）或自修复材料；
个体差异性——不同用户的汗液分泌量、皮肤电导率等生理特征差异大，需通过AI算法结合用户历史数据动态校准；
医疗认证门槛——当前多数可穿戴设备属于“消费级”，若用于疾病诊断（如糖尿病管理），需满足更严格的医疗标准（如ISO 13485），这对传感器的精度与可靠性提出了更高要求。
未来，随着纳米材料、生物相容性基底以及边缘计算的融合应用，生物传感器将向“更精准”“更智能”“更无感”方向发展。或许在不远的将来，一块轻薄的贴片不仅能实时预警低血糖或高血压风险，还能通过分析压力激素水平提示情绪波动，真正成为每个人身边的“数字健康管家”。
参考文献：
[1] Lorestani, Farnaz, et al. “A Granular Hydrogel‐Enabled Wearable Electrochemical Biosensing Platform for Continuous Non‐Invasive Sweat Lactate Detection.” Small (2025): 2502655.
[2] Niu, Jiaqi, et al. “A fully elastic wearable electrochemical sweat detection system of tree‐bionic microfluidic structure for real‐time monitoring.” Small 20.11 (2024): 2306769.
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