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  可穿戴傳感器能夠實時測量不同的生物信號，具有從健康監測到人機交互等多種應用潛力。然而，這類設備的廣泛應用受到多種實際限制的制約，包括安全性和生物相容性問題、大型設備體積、不可靠的操作以及使用不便等。為滿足某些需求，往往需要在設計上做出權衡。例如，為減少對電池的需求，常使用有線或短距離無線電源，這會限制用戶的活動自由。使用剛性電池雖然減少了電源問題，但卻增加了設備的體積，并且需要頻繁充電或更換電池，還可能帶來安全隱患。另外，可穿戴能量收集器雖然可以集成到系統中，但它們依賴于特定的外部環境（如光和溫度）或用戶活動（如運動和鍛煉）來獲取能量，這增加了系統的復雜性，需增加轉換和調節電路，導致能量損耗。此外，連續的汗液生物標志物監測通常依賴于體力活動或電刺激來提取汗液，這進一步增加了能量消耗，限制了這類系統的實用性和用戶友好性。

  近期研究表明，創建具有兼容外形尺寸、相應功率等級和在傳感與能量模式之間具備互補特性的可穿戴微電網系統的可行性。這樣的系統依賴于將能量收集與能量存儲功能整合在一起，并具有匹配的電氣特性，以最大限度地減少能量轉換過程中的損耗，提高能量的可靠性并延長設備的運行時間。這些能量系統應與具有相似外形尺寸的電子元件和傳感組件相結合，并針對特定的使用場景進行優化，從而減少設備的體積并提高其實用性。為了進一步發展可穿戴微電網，特別需要解決與可持續自主供電、微型化、自我調節、按需多傳感器生物標志物檢測、安全性以及舒適佩戴性相關的挑戰。

圖1. 指尖式可穿戴一體化微電網原理與設計

圖2. BFC和柔性AgCl-Zn電池的表征。

圖3. In vivo 能量收集與電池充電。

圖4. 滲透性汗液驅動的生物化學傳感平臺。

圖5. 集成指尖可穿戴微電網系統的運行。

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41928-024-01236-7

作者簡介

Joseph Wang教授

  Joseph Wang是美國加州大學圣地亞哥分校（UCSD）化學與納米工程學的杰出教授、SAIC捐贈教授兼可穿戴傳感器中心主任。在過去的30年里，Wang教授在微型機器人、可穿戴傳感器和生物電子學領域做出了開創性的貢獻。王及其研究團隊所取得的進展至今已在Nature, Nature Medicine, Nature Materials, Nature Electronics, Nature Review Materials, Nature Biomedical Engineering, Science Robotics, Science Advances, 等期刊發表1200多篇論文，引用超過170,000次，H因子208。Wang教授是美國國家發明家科學院（NIA），英國皇家化學學會（RSC）、電化學學會（ECS）和美國醫學與生物工程院（AIMBE）的院士。他已發表超過1300篇研究論文，撰寫了12本書籍，并擁有60項專利。自2015年以來，他一直是湯森路透的高被引研究者（H指數為208）。Wang教授還被8所不同的大學授予名譽教授頭銜，并獲得了3項美國化學會（ACS）國家獎（分析化學、電化學和儀器獎）、Pittcon生物分析化學獎、2021年Talanta獎章、Breyer獎章（澳大利亞）、Heyrovsky獎章（捷克）和Speirs獎章（RSC）、國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）分析化學獎章，以及2021年IEEE傳感器成就獎。

丁士超博士

  加州大學圣地亞哥博士后研究員，博士畢于華盛頓州立大學，師從電化學領域國際知名專家Yuehe Lin院士，主要研究方向是納米材料的結構設計及其在電催化、生物傳感及生物醫藥方面的應用。后加入加利福尼亞大學圣地亞哥分校杰出教授Joseph Wang院士課題組開展博士后研究，主要研究內容是可穿戴柔性電子器件。目前在Nature Medicine, Nature Electronics, Nature Review Materials, Nature Synthesis, Nature Review Endocrinology, Science Advances, Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Analytical Chemistry,等期刊共發表SCI論文75篇，以第一作者或通訊作者共發表SCI論文33篇，引用3000+余次，H因子30。目前擔任Advanced Energy Conversion Materials期刊副主編, The Innovation (Cell press, IF=33.1), Advanced Powder Materials (Elsevier, IF=28.6), Exploration, The Innovation Materials, Interdisciplinary Medicine, Soft Science, Energy Materials and Devices期刊青年編委, Discover Catalysis期刊編委，Discover Nano, Micro and Nano Systems Letters等期刊客座/主題編輯，和Nature Synthesis, Nature Communications等100多個國際期刊審稿人, 審稿350+余次。