近日，实验室为 ELSEVIER 出版社丛书《Advanced Sensors for Smart Healthcare》撰写的题为“Progress and challenges in micro and nanofabrication of wearable sensors”的book chapter正式上线。本章节通讯作者为曲老师，由实验室25级博士生袁强静、24级博士生毛百进和22级硕士生郝宏伟三名成员协助完成。
图1 | 封面照
该综述系统梳理了可穿戴传感器在微纳制造领域的最新进展，包括材料选择、制造工艺、传感器设计与集成技术。详细介绍了微纳制造技术在可穿戴传感器中的应用，如微机电系统（MEMS）、纳米材料的合成与加工，以及柔性电子技术的发展。这些技术为实现高性能、高灵敏度和高舒适性的可穿戴传感器提供了基础。从技术角度讨论了可穿戴传感器的主要应用领域，如医疗健康、运动健身、智能服装和环境监测。同时，深入分析了进一步发展可能面临的挑战，包括传感器的稳定性、生物相容性、数据安全性和隐私保护等问题。该综述为未来可穿戴传感器技术的发展和实际应用提供重要指导，推动该领域在健康监测、疾病预防和个性化医疗等方面的应用。
01
可穿戴传感器微米和纳米制造
在可穿戴设备的开发过程中，采用了各种各样的材料，包括天然材料、合成聚合物、水凝胶和无机材料，以及复合/混合材料，它们被广泛用作理想的传感材料。这些材料的精心选择与整合，在可穿戴传感器的设计和性能方面发挥着举足轻重的作用。
图2 | 基于不同材料的可穿戴传感器制造示意图
02
主流微纳制备技术
传统光刻工艺在柔性传感器制造中面临基材兼容性差、设备成本高等瓶颈。针对这一挑战，科研界提出两大创新解决方案。一方面，激光切割技术凭借微米级精度优势，成功破解柔性微流控芯片制造难题。通过高能激光精准雕刻柔性材料，研究者已开发出可实时监测汗液中葡萄糖浓度的表皮传感器，实验验证其具备优异的时序分析能力，为无创健康监测开辟新路径。另一方面，物理气相沉积(PVD)技术家族（包含磁控溅射、分子束外延等十余种工艺）通过原子级精密调控，可实现金属氧化物薄膜的定制化生长。这种纳米级厚度与形貌的精准操控，使得薄膜材料在pH传感、生物电极等关键部件制造中展现出独特优势。两项技术的协同创新，正推动柔性电子器件向低成本、高性能、批量化生产方向加速迈进，为下一代可穿戴医疗设备奠定制造基石。
图3｜基于主流制造技术的可穿戴传感器制造示意图
03
新兴微纳制备技术
柔性可穿戴传感器领域补充技术的引入不仅为传感器设计和制造提供了更多样化的选择，而且为增强传感器性能、功能和应用范围开辟了新的可能性。这些技术使传感器能够更精确地满足特定的应用要求，在面对日益复杂和多样化的挑战时表现出更强的适应性和功能性。
图4 | 新兴微纳制备技术
04
结论与思考
研究人员在微米和纳米制造技术方面的创新越来越多地使可穿戴传感器在智能医疗领域发挥重要作用。在本章中，我们回顾了可穿戴传感器在医疗领域的最新进展。在这些可穿戴设备的开发中，广泛采用了各种材料，包括天然材料、合成聚合物、水凝胶、无机材料以及复合/混合材料。通过优化磁控溅射、化学气相沉积、喷墨打印和旋涂等传统技术，以及集成自组装、微流体和3D打印等新技术，合作努力推动了医疗应用中可穿戴传感器的快速发展。尽管做出了这些努力，但当用于长期和连续监测人体健康参数时，可穿戴健康传感器仍然面临精度和准确度不足、佩戴舒适性和数据安全性方面的挑战。我们强调用于医疗监控的可穿戴传感器取得的令人印象深刻的进展，同时承认需要进一步研究的局限性。总之，可穿戴传感器微米和纳米制造技术的发展将推动医疗保健行业达到新的高度，为实现更有效的健康监测和治疗提供强有力的支持。
全文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780443247903000107
