作为一项融合了生命科学、电子学、材料化学等学科的新兴科学技术,可穿戴电子技术近年来得到了快速发展。然而,现有大部分可穿戴器件仍以人体宏观生理体征(如:心跳、脉搏、呼吸频率等)的监测为其主要功能,尚无法满足人类对健康实时、快速、准确监测的需要。因此,实现人体生物标志物的分子水平分析是当前柔性电子器件研发的热点。汗液是人体经由热或运动刺激从汗腺分泌的液体,可实现无创收集,且含有丰富生物标志物。如能将可穿戴器件用于汗液成分分析,必将有力推动该类器件在人体健康监测领域的应用。温敏型形状记忆聚氨酯(polyurethane,PU)在热刺激下会发生形变,已被广泛应用于热响应器件的构建。本论文针对高温环境工作者缺乏生理状态实时监测装置这一问题,将温敏型形状记忆聚氨酯、传统织物以及纸基显色传感器相结合,构建了温敏型织物/纸基微流控显色系统,并用于高温下对人体汗液中葡萄糖的现场定量分析。具体工作概述如下:1.温度响应型织物流控器件的构建与表征以市场上购置的棉布作为基底,通过层层涂覆法将温敏型形状记忆聚氨酯修饰于棉布表面,制备了具备不同厚度聚氨酯涂层的温敏型织物。通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、接触角测试等手段对聚合物修饰前后的织物基底进行了表面化学基团和形貌表征,结果证实形状记忆聚氨酯已成功修饰于织物上。研究发现,对折后器件的弹开角度与涂覆层数和环境温度相关。随着环境温度的增加,器件形变响应愈加明显;在同一环境温度下,涂覆层数为4和5层的器件响应最佳。随后,对预留导汗带的宽度进行了优化,结果表明当导汗带宽度为4 mm时,液体传导速率最佳。基于以上实验结果,在本论文的后续研究中,选取涂覆4层聚氨酯,预留导汗带宽度为4 mm的织物流控器件用于汗液分析系统的构建。2.纸基葡萄糖显色传感器的制备与性能分析在本研究中,纸基葡萄糖显色传感器通过在滤纸上依次滴加壳聚糖、葡萄糖氧化酶(GOD),3,3,5,5-四甲基联苯胺(TMB)、过氧化物酶(HRP)制备,随后利用智能手机颜色分析功能进行检测结果的定量分析。为了获得最佳的传感性能,本研究通过将功能化修饰的滤纸经过4℃冰箱冷藏处理,得到显色均一的纸基葡萄糖显色传感器;同时,也对GOD、HRP、TMB的修饰量进行了优化,结果显示当三者修饰量分别为1.6 mg、0.12 mg和3.6 mg时,传感器性能最佳。利用该纸基比色传感装置对含有不同浓度葡萄糖的模拟汗液进行检测,发现其检测线性范围为50-600μM,检测下限为10.41μM,完全可以满足人体汗液葡萄糖分析的需求。3.温度响应织物/纸基流控分析装置及其在人体汗液检测中的应用在上述工作的基础上,将温度响应型织物流控器件与纸基葡萄糖显色传感器整合,构建温度响应织物/纸基流控分析装置。首先,研究了该装置在流控条件下对含有不同浓度葡萄糖模拟汗液的响应,证实其检测线性范围为50-600μM,检测下限为13.49μM。随后,将温度响应型织物流控器件与纸基葡萄糖显色传感器分别固定于衣领内侧的上下两端,用于高温环境人体汗液的现场分析。研究发现,当温度达到60℃,温敏型的织物流控器件会在衣领处弹开,6 min后,回复角度稳定在45±3°且与纸基葡萄糖显色传感器接触实现了汗液的有效传递。通过对3名健康志愿者在60℃环境中汗液葡萄糖浓度的实时监测,发现其汗液葡萄糖浓度分别为34.71±2.93、74.22±1.95、224.24±1.77μM,均在人体汗液的正常范围。综上所述,本论文将具有温度响应特性的形状记忆聚合物与传统织物结合,制备了具有温敏特性的柔性流控装置,并与纸基显色传感器整合实现了高温环境下人体汗液葡萄糖分析。该温敏型可穿戴汗液传感器件的构建,可望为高温作业者提供一种成本低廉、佩戴方便的实时汗液监测新手段,也将进一步拓展形状记忆聚合物和织物基柔性器件的应用。