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  隨著全球氣候變暖及極端高溫天氣頻發，中暑等熱相關疾病風險顯著上升，尤其對戶外勞動者和運動人群構成持續威脅。中暑通常伴隨體溫異常升高與體內電解質紊亂，要求對生理狀態進行連續、動態的監測，以實現早期識別和及時干預。現有監測方法多依賴侵入式或間斷測量，流程復雜且難以滿足日常應用。盡管可穿戴設備提供了無創監測路徑，但其普遍依賴外部供電與獨立電子模塊，系統結構復雜，限制了設備的小型化與長時間使用。同時，多數設備側重單一生理信號采集，缺乏對體溫與汗液生物標志物的協同監測，難以全面反映熱應激狀態。此外，現有系統通常依賴手機或顯示終端進行數據讀取，缺乏無需外部設備的直觀可視化反饋，在高溫、運動等場景下難以及時提供預警信息。

圖1. 一體化熱電凝膠貼片結構設計及多模態功能原理

  針對上述問題，太原理工大學集成電路學院張虎林教授團隊在《ACS Sensors》發表重要研究成果，提出了一種集可視化反饋、自供能感知與多模態檢測于一體的可穿戴水凝膠貼片。該貼片基于雙功能熱電化學水凝膠構建，在35-42 °C生理溫度范圍內實現快速（約40 s）熱致變色響應，由不透明轉變為透明，實現無需外部設備的直觀溫度預警。同時利用熱電效應實現溫度信號的自供能輸出，其塞貝克系數達到1.86 mV K^-1，能夠將溫度變化轉化為穩定電信號。系統集成微流控電化學傳感模塊，可對汗液中的Na⁺和K⁺離子進行實時監測，表現出良好的選擇性與穩定性。通過融合體溫與電解質信息，該系統構建了多參數驅動的雙階段中暑風險評估機制，實現從早期預警到危險狀態識別的動態監測。該貼片可貼附于人體皮膚，實現體溫與汗液電解質的連續無創監測，在體溫超過約38.5 °C時提供可視化預警，并支持無線數據傳輸，展現出在中暑預警和健康監測中的應用潛力。該研究為中暑主動預警及個性化健康管理提供了一種集成化解決方案，在戶外作業安全、運動健康監測及智能醫療等領域具有良好的應用前景。該工作以“All-in-One Wearable Hydrogel Patch for Multimodal Visualized and Quantitative Heatstroke Monitoring”為題發表在《ACS Sensors》。太原理工大學博士生楊心茹為第一作者，張虎林教授和臺灣大學林宗宏教授為通訊作者。研究獲國家自然科學基金，山西省科技合作交流專項和山西省研究生科技創新項目支持。

圖2. 水凝膠熱致變色與力學性能

圖3. 水凝膠熱電及環境穩定性能

圖4. 汗液傳感模塊及離子檢測性能

圖5. 一體化熱電凝膠貼片在體應用與中暑預警展示

  該成果是張虎林教授團隊關于凝膠熱電器件研究的最新進展之一，這項工作構想了集可視化反饋、自供能感知與多模態健康監測于一體的可穿戴熱電凝膠在個性化健康管理與智能醫療領域的廣闊應用前景。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.5c04692