像皮肤一样柔软可拉伸的无线贴身传感器

可穿戴无线传感系统因能监测关键生物标志物，在健康监测和疾病管理中愈发受重视。然而，现有系统往往在灵敏度、多参数传感能力、小型化、功耗及佩戴舒适度等方面存在妥协，限制了其与皮肤界面的应用。为此，本研究提出一种基于高阶奇异点（EP，非厄米领域中的一种特殊奇点）的无线、无源、多路传感系统。

### 一、系统核心优势
该系统具有多个独特的共振频率，能灵敏响应生理变化，与传统基于谐振器的系统相比，灵敏度提升超10倍，尺寸缩小50%。此外，传感器采用抗应变液态金属复合材料和柔软基底，确保了佩戴舒适度、机械可靠性和抗菌性能。

### 二、传感器材料特性
1. **液态金属多孔复合材料（PLMC）**：具有高导电性（约2.0×10⁵ S/m），在300%应变下电阻稳定，经2000次200%应变循环后电阻变化仅约4.6%，且在切割、锤击等损伤下电阻变化小于1%，远超传统银涂层、碳纳米管等柔性导电材料。
2. **防泄漏性能**：多孔结构通过阻尼效应减少液态金属通路应力，相比无孔液态金属复合材料，佩戴24小时后皮肤无明显金属污染，压缩时也不会导致相邻导电线路短路。
3. **抗菌与生物相容性**：添加ε-聚赖氨酸（ε-PL）后，对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和铜绿假单胞菌（PA）的杀菌率超99.9%，且对人角质形成细胞、成纤维细胞等无毒性，生物相容性优异。

### 三、高阶奇异点传感机制
该系统基于三阶EP拓扑结构，由阅读器（含有源和中性谐振器）和无源传感谐振器组成。三阶EP系统的特征频率在EP处发生分叉，其中两个频率对微小扰动（如生物标志物引起的电阻/电容变化）敏感，一个频率保持稳定，实现单个谐振器同时监测两个参数。通过追踪阅读器反射光谱中的多个共振频率偏移，可同步检测电阻型（如温度、pH）和电容型（如Na⁺、K⁺、葡萄糖）生物标志物变化，灵敏度较传统LC谐振器系统高11倍以上，较标准EP系统高2.26倍。

### 四、应用验证
1. **运动中实时监测**：在40分钟运动中，成功监测皮肤温度（33.5→34.8℃）、汗液Na⁺（32.3→56.4 mM）、K⁺（11.5→6.2 mM）及pH（4.8→5.2）变化。高强度运动（无饮水）导致Na⁺浓度升高近2.5倍，饮水可缓解脱水并稳定电解质水平。
2. **长期日常监测**：对正常人和肥胖者进行10小时汗液葡萄糖和铵监测。结果显示，高碳水饮食比高纤维饮食导致更高的葡萄糖峰值（300 μM vs <200 μM）；肥胖者餐后葡萄糖上升更快且2小时后仍维持较高水平，提示可能存在早期高血糖风险。

### 五、总结与展望
该系统融合高阶EP带来的高灵敏度、多路传感能力与PLMC材料的舒适性、生物相容性，为可穿戴健康监测提供了变革性方案。未来有望开发便携式阅读器，替代实验室设备，拓展至尿酸、乳糖等更多生物标志物监测，应用于 wearable 和植入式生物医学场景。