根据世界卫生组织（WHO）的报告，由于不健康的饮食和缺乏运动，全球糖尿病患者的数量在过去几十年里增加了数倍[1]。糖尿病不仅使患者面临心血管疾病和肾脏疾病等并发症的风险，还加剧了社会经济负担[2]、[3]。因此，有效的糖尿病管理措施对于缓解健康和经济压力至关重要[4]。对于糖尿病患者来说，体育锻炼在调节血糖水平方面起着关键作用。它不仅可以增强心血管系统的功能并优化血糖控制，还可以改善心理健康和自我管理[5]。然而，许多研究表明，很难准确预测1型糖尿病患者在运动期间的血糖波动轨迹。由于他们的代谢调节存在固有缺陷，血糖和酮体之间的平衡容易受到干扰[6]、[7]。在这种情况下，能够动态监测血糖水平的连续血糖监测（CGM）技术显示出独特的优势[8]、[9]。通过持续关注运动前、运动中和运动后的血糖波动趋势，患者可以精确确定是否需要额外摄入碳水化合物或合理调整胰岛素剂量，确保血糖保持在稳定范围内。
传统的血糖测量方法主要依赖于血糖仪和生化分析仪，这些设备在临床场景中得到广泛应用[10]。然而，这些方法不支持在运动期间进行连续血糖监测，难以实时跟踪血糖的动态变化曲线。此外，频繁的针刺和采血给患者带来了显著的不便和不适，还存在感染风险[11]。因此，这些限制阻碍了血糖监测的长期和高效发展，无法满足在动态体育活动中进行实时、舒适和连续血糖监测的实际需求。
汗液中含有多种生物标志物，包括生物分子、电解质、代谢物、激素甚至蛋白质，这些都与人类健康密切相关[12]、[13]、[14]。其中，多项研究表明汗液葡萄糖与血液葡萄糖浓度之间存在正相关[15]、[16]、[17]。检测汗液葡萄糖可以在一定程度上反映人体血糖水平。与血液葡萄糖检测相比，通过汗液评估血糖水平的主要优势在于其非侵入性。它不会损伤皮肤组织或给受试者带来疼痛。另一个优势是具有连续监测的潜力。可以通过可穿戴设备持续收集汗液并持续检测，以获得连续的汗液葡萄糖数据。然而，几个主要问题阻碍了汗液葡萄糖检测技术从实验室原型向实际应用的转化[18]、[19]。首先，汗液难以收集。运动或炎热环境可以刺激汗腺分泌。以前，汗液主要是通过毛巾擦拭或淋浴清洁来收集的。这样的收集方法难以保持采样过程的稳定性和重复性[20]。另一个原因是汗液中的葡萄糖浓度相对较低，通常为10至1000微摩尔（μM），这需要更精确的传感器[21]、[22]。
目前，一些研究人员试图开发用于汗液葡萄糖分析的传感器原型[23]、[24]。Promphet等人（2022年）开发了一种可穿戴的电化学传感设备，用于检测汗液中的葡萄糖和乳酸。该设备通过集成定制电路、数字读数器和基于棉线的葡萄糖传感电极实现功能，所有这些都由锂离子电池供电[25]。Lin等人（2020年）开发了一个可穿戴平台，可以实时准确监测汗液中的葡萄糖和乳酸。该平台利用多个可编程水凝胶微流控阀门来实现汗液采样和分流功能，由锂离子电池供电[26]。尽管这些设计具有创新性，但电池供电的系统不可避免地会增加设备的体积和重量，从而影响其长期佩戴性，并限制了其在连续运动监测中的适用性。在自供电和无电池检测平台的研究方面也取得了进展。Song等人（2020年）展示的无电池可穿戴汗液生物传感器使用了基于柔性有机聚合物基底的摩擦电纳米发电机。虽然它在收集人体运动能量方面有效，但其能量收集单元的大面积（约130平方厘米）严重影响了整个系统的结构紧凑性和佩戴性，使其不适用于日常或运动场景[27]。另一种可行的方法是使用光化学可穿戴葡萄糖传感器来替代传统的电化学传感器，从而消除对复杂电子单元的依赖。Liu等人（2021年）开发的由PEC传感器和汗液收集器组成的柔性光电化学（PEC）贴片被应用于汗液中葡萄糖的高性能检测。然而，这类可穿戴平台也有不足之处。例如，它们对光照强度和波长的稳定性要求较高，在特定浓度范围内检测关键生物标志物的准确性不足[28]。
尽管取得了实质性进展，现有的可穿戴汗液葡萄糖传感器在能源管理、设备集成和组件模块化方面仍面临重大挑战[29]、[30]、[31]。这些限制阻碍了它们完全满足在运动期间进行连续、非侵入性和长期血糖监测的需求，使得实验室演示与实际应用之间存在差距。本研究旨在开发一种高度集成、模块化且无电池的无线可穿戴贴片，用于实际场景中的汗液葡萄糖监测。所提出的贴片创新地将近场通信（NFC）模块集成到低功耗电路中，实现无线电源和数据传输。这种集成消除了对额外电源管理组件和有线数据连接的需求。同时，使用聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）改进了传统的基于普鲁士蓝（PB）的电化学葡萄糖传感器。作为一种广泛使用的导电聚合物，PEDOT不仅增强了电化学活性，还在电极修饰过程中通过其正电荷载体促进了负电荷PB颗粒的封装，从而提高了传感器的稳定性，以满足在动态条件下的长期连续监测的严格要求[32]。最终，这种紧凑的生物传感平台实现了原位汗液样本收集、稳定葡萄糖检测和无电池无线信号处理的无缝集成。通过一系列体外和体内实验，基于人体汗液中葡萄糖的检测和定量结果，全面评估了该生物传感平台的性能。面向实际应用，所提出的可穿戴贴片有效地推动了汗液葡萄糖传感器从实验室原型向可部署设备的转化，在运动健康监测、糖尿病管理和智能健康数据分析方面展示了显著潜力。
