与可穿戴柔性电子器件集成，这类微流控平台可以实现小型化，并配备传感、通信和分析模块，能够在不干扰日常活动的情况下被人们佩戴。因此，结合可穿戴柔性电子器件和微流控技术，实现了长期、用户友好的健康管理和疾病管理，能够在现场进行持续的生物标志物或药物的采样、感测和分析，且所需的体液量极少（例如，汗液、唾液和泪液），操作简单。例如，小型可穿戴柔性微流控汗液贴片可以持续评估汗液流速、营养物质浓度、葡萄糖和皮质醇水平，而不会干扰用户的日常活动。
可穿戴生物传感技术能够实时监测健康状况和疾病。通过将柔性微流控技术与可穿戴生物传感器相结合，可以非侵入性地采集和分析体液，从而实现可靠、具有临床信息价值、经济高效且连续的生物医学监测。
据麦姆斯咨询介绍，新加坡国立大学Chwee Teck Lim研究团队在Nature Reviews Bioengineering上发布了一篇题为“Wearable flexible microfluidic sensing technologies”的综述性论文。在本综述中，作者讨论了用于健康监测和疾病诊断的柔性可穿戴微流控传感器，重点关注了与生物液体采集、分析物标定、信号干扰减少、目标识别和传感器可重复使用相关的材料与工程问题。论文概述了如何设计此类基于柔性微流控技术的生物传感器，以分析汗液、唾液、泪液、组织液和伤口渗出液，并考察其在护理时的应用。最后，论文强调了可穿戴柔性微流控传感器在临床转化中仍需解决的挑战，并讨论了未来的可能性，包括机器学习和物联网的整合等。
图1 用于生物医学应用的柔性微流控生物传感器
随着柔性微流控技术和可穿戴柔性传感器的发展，各种基于纤维和聚合物的柔性可穿戴微流控传感器相继问世（图1a）。早期的柔性可穿戴微流控传感器主要由简单的比色或电化学纤维传感器组成，用于pH值、汗液流量和钠离子的检测，或是具备无线通信微电子技术的电化学聚合物传感器，用于分析汗液电解质等基本分析物。
随后，业界开发出了更为复杂的系统，包括多路或高度集成的无线可穿戴柔性微流控传感系统。例如，已有报道一种可穿戴的比色贴片，用于系统监测葡萄糖、乳酸、pH值和氯离子。此外，在监测更具挑战性的分析物方面也取得了重大进展，包括各种代谢物和营养物质，以及低浓度的微小分子如激素和炎症标志物。
在本综述中，作者讨论了用于生物医学诊断和监测的可穿戴柔性微流控传感器的材料和工程策略。作者提供了流体处理策略、功能和传感机制的概述，并讨论了柔性微流控传感器的材料和设计考量因素。接着，作者提出了克服柔性微流控传感器局限性的策略，并强调了在其商业化和临床转化过程中仍需解决的挑战。
图2 柔性微流控生物传感器的构建模块
图3 柔性微流控器件的功能
图4 柔性微流控传感器的采样和传感策略
全文总结
可穿戴微流控器件必须提供临床上有用、可重复和可靠的信息，这需要通过金标准诊断方法以及从血样中获得的结果进行验证。测量环境对可靠性的影响，包括化学因素等。此外，物理和生化环境的变化，会导致电化学传感器的性能下降。同样，氧化还原标记物和介质在长期使用过程中也会逐渐降解。
此外，组织与电子器件之间或不同组件之间的软硬界面可能会退化，导致数据采集或传输的不可靠性。不仅如此，柔性微流控器件可能因泄漏、阻塞或变形而失去功能。因此，需要开发材料和工程策略，以实现可逆识别、无缝系统集成以及具有稳定敏感性、选择性和稳定性的强健传感器。例如，可以开发能够耐受光照、pH和温度变化的稳定氧化还原标记物。可以通过探索对氧化还原反应具有高选择性的人工催化剂来设计高灵敏度和信号放大的无标记传感方法。此外，可以设计能够持续快速识别特定分析物并具有高效结合-解离动力学的受体。最后，需要自动化技术来再生识别位点。
https://doi.org/10.1038/s44222-023-00094-w
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