近日，西南大學(xué)魯志松教授課題組及其合作者在《科學(xué)通報》“新型功能纖維與智能織物專題”發(fā)表題為“面向可穿戴的紗線基汗液微流控器件: 原理、設(shè)計、構(gòu)建與應(yīng)用”的綜述文章，從紗線基微流控技術(shù)的演進(jìn)脈絡(luò)切入，深入剖析了紗線上液體的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理，歸納了紗線芯吸性能調(diào)控、紗線微流控器件構(gòu)造及其與織物融合的策略，總結(jié)了其在汗液分析、汗液激發(fā)供能以及汗液觸發(fā)致動等方面應(yīng)用的研究進(jìn)展。

隨著可穿戴技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對于生理狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測的需求日益迫切。紗線基汗液微流控技術(shù)因其卓越的汗液收集、轉(zhuǎn)運(yùn)能力與良好的紡織工藝兼容性，成為實(shí)現(xiàn)這一需求的重要備選方案。然而，紗線基汗液微流控器件的原理、設(shè)計、構(gòu)建與應(yīng)用等方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。本文回顧了紗線基微流控技術(shù)的發(fā)展歷程，探討了紗線芯吸原理及其性能調(diào)控方法，總結(jié)了面向分析、供能、致動等應(yīng)用場景的紗線基汗液微流控器件研究進(jìn)展，并提出了該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。

與貼片式汗液微流控器件相比，紗線基微流控器件主要具備如下潛在優(yōu)勢：（1）其多孔結(jié)構(gòu)有利于皮膚與外界環(huán)境進(jìn)行氣、液交換，具有良好的透氣透濕性；（2）可通過傳統(tǒng)紡織工藝將其集成到衣物中，提供連續(xù)且舒適的穿戴體驗(yàn)；（3）其穿戴方式和外觀更接近日常衣物，可減少用戶的抵觸心理，提高用戶依從度；（4）紗線具有天然的液體流控通道，簡化了制造工藝，降低了生產(chǎn)成本。

盡管紗線基汗液微流控技術(shù)及其可穿戴應(yīng)用已初步展現(xiàn)出潛力，但仍面臨一系列亟待解決的關(guān)鍵問題。

首先，紗線上汗液流控機(jī)制及其調(diào)控策略的研究亟待加強(qiáng)。若缺乏汗液定向和定量運(yùn)輸，會導(dǎo)致功能區(qū)域汗液量不足，影響紗線基器件的快速響應(yīng)和正常工作；而對于紗線基電化學(xué)傳感或供能器件而言，汗液流速還可能影響電極—汗液界面電化學(xué)過程，進(jìn)而影響器件性能。因此，深入了解紗線材料的微觀結(jié)構(gòu)與汗液流控性能之間的關(guān)系，對于提升紗線基汗液微流控器件性能至關(guān)重要。

其次，紗線上汗液吸收、流動和蒸發(fā)行為對器件性能的影響尚不明確。紗線上汗液吸收、流動和蒸發(fā)行為不僅直接影響汗液在紗線基器件中的傳輸效率，還可能對器件的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。因此，尚需要進(jìn)一步探究這些行為對器件性能的影響機(jī)制，并尋求相應(yīng)的優(yōu)化策略。

最后，紗線基汗液微流控器件與其他纖維狀器件的整合與協(xié)同也是值得關(guān)注的問題。隨著可穿戴技術(shù)的不斷發(fā)展，多種功能器件的集成化、模塊化已成為趨勢。因此，需要研究如何將紗線基汗液微流控器件與其他纖維狀器件有效整合，以實(shí)現(xiàn)多種功能的協(xié)同作用，從而提升可穿戴設(shè)備的整體性能。

圖文速覽

圖1 紗線基微流控技術(shù)的發(fā)展歷程

圖2 液體在紗線中遷移示意圖

圖3 紗線結(jié)構(gòu)對芯吸速率的調(diào)控

圖4 基于紗線的微流控系統(tǒng)

圖 5 紗線基微流控汗液比色分析傳感器

圖 6 紗線基微流控電化學(xué)汗液分析系統(tǒng)

圖7 紗線基微流控汗液供能系統(tǒng)

圖8 紗線基汗液驅(qū)動致動器

巨俊, 易鳳蓮, 伍亮, 王娟, 裴凌威, 熊靜, 李端, 喬琰, 張同華*, 魯志松*. 面向可穿戴的紗線基汗液微流控器件: 原理、設(shè)計、構(gòu)建與應(yīng)用.. 科學(xué)通報, 2025, 70(17):

doi: 10.1360/TB-2024-0577

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