可穿戴电子设备可应用于健康检测等多种人机交互场景，可实时监测多种不同的生物信号。可穿戴设备的能源供应方式一直都是一个重要的问题，使用刚性电池会增大设备的体积，使用无线电源会限制使用者的活动范围，利用收集的环境中的能量进行供电需要复杂的电路进行转化和调节，这都对可穿戴设备的应用场景有很大的限制。所以，开发一种可持续自主供电的传感系统是十分有必要的。
美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的研究团队在报告了一种指尖可穿戴微电系统，该系统能够自主管理和监测代谢活动。该系统集成了酶促生物燃料电池和AgCl-Zn电池，从汗液中持续收集并储存能量；它依靠渗透持续向传感器阵列供应汗液，以实现多代谢物传感，实现对葡萄糖、维生素C、乳酸和左旋多巴等代谢物的长期监测。这一技术解决了现有可穿戴健康监测平台在能量供应、传感功能、后端电路规模等多方面的限制，通过低功耗电子设备进行信号采集和无线数据传输，展示了其在健康监测领域的广泛应用潜力。
图1：指尖传感系统的设计原理。该系统包括基于乳酸的生物燃料电池（ BFC）、可拉伸氯化银锌 （AgCl-Zn） 电池、fPCB 和有辅助排汗功能的传感系统。每块AgCl-Zn电池与两个串联的BFC组成一个单元，能量模块由两个这样的单元组成。指尖汗液分别为被动能量收集和连续传感提供生物燃料和生物标志物。MCU 可支持四个传感器，用于代谢监测、膳食补充剂和药物监测。
图2：BFC 和柔性 AgCl-Zn 电池的特性。展示了酶促 BFC和柔性 AgCl-Zn 电池的各层分解结构。使用LSV 表征了不同乳酸浓度下BFC的输出功率，柔性 AgCl-Zn 电池在不同放电电流倍率下的容量，放电电压，放电电流密度等多种特性。
图3：BFC对体内能量收集和对AgCl-Zn 电池充电的能力。比较了白天和晚上，工作和休息，静息和运动等多种不同场景下BFC输出的功率密度的差异，以及对AgCl-Zn 电池充电能力的差别。
图4：传感单元的组成结构与性能表征。展示了传感系统的组成结构，测试了传感器对目标检测物的检测能力，以及各个传感单元的PH稳定性，选择性和检测阈值。
图5：集成的指尖可穿戴系统的应用。展示了可穿戴电子系统的概念框架，系统能耗和全天对各种生物信号的监测能力。
【参考文献】
https://www.nature.com/articles/s41928-024-01236-7#Abs1
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