随着全球气候变暖及极端高温天气频发，中暑等热相关疾病风险显著上升，尤其对户外劳动者和运动人群构成持续威胁。中暑通常伴随体温异常升高与体内电解质紊乱，要求对生理状态进行连续、动态的监测，以实现早期识别和及时干预。现有监测方法多依赖侵入式或间断测量，流程复杂且难以满足日常应用。尽管可穿戴设备提供了无创监测路径，但其普遍依赖外部供电与独立电子模块，系统结构复杂，限制了设备的小型化与长时间使用。同时，多数设备侧重单一生理信号采集，缺乏对体温与汗液生物标志物的协同监测，难以全面反映热应激状态。此外，现有系统通常依赖手机或显示终端进行数据读取，缺乏无需外部设备的直观可视化反馈，在高温、运动等场景下难以及时提供预警信息。

图1. 一体化热电凝胶贴片结构设计及多模态功能原理

  针对上述问题，太原理工大学集成电路学院张虎林教授团队在《ACS Sensors》发表重要研究成果，提出了一种集可视化反馈、自供能感知与多模态检测于一体的可穿戴水凝胶贴片。该贴片基于双功能热电化学水凝胶构建，在35-42 °C生理温度范围内实现快速（约40 s）热致变色响应，由不透明转变为透明，实现无需外部设备的直观温度预警。同时利用热电效应实现温度信号的自供能输出，其塞贝克系数达到1.86 mV K^-1，能够将温度变化转化为稳定电信号。系统集成微流控电化学传感模块，可对汗液中的Na⁺和K⁺离子进行实时监测，表现出良好的选择性与稳定性。通过融合体温与电解质信息，该系统构建了多参数驱动的双阶段中暑风险评估机制，实现从早期预警到危险状态识别的动态监测。该贴片可贴附于人体皮肤，实现体温与汗液电解质的连续无创监测，在体温超过约38.5 °C时提供可视化预警，并支持无线数据传输，展现出在中暑预警和健康监测中的应用潜力。该研究为中暑主动预警及个性化健康管理提供了一种集成化解决方案，在户外作业安全、运动健康监测及智能医疗等领域具有良好的应用前景。该工作以“All-in-One Wearable Hydrogel Patch for Multimodal Visualized and Quantitative Heatstroke Monitoring”为题发表在《ACS Sensors》。太原理工大学博士生杨心茹为第一作者，张虎林教授和台湾大学林宗宏教授为通讯作者。研究获国家自然科学基金，山西省科技合作交流专项和山西省研究生科技创新项目支持。

图2. 水凝胶热致变色与力学性能

图3. 水凝胶热电及环境稳定性能

图4. 汗液传感模块及离子检测性能

图5. 一体化热电凝胶贴片在体应用与中暑预警展示

  该成果是张虎林教授团队关于凝胶热电器件研究的最新进展之一，这项工作构想了集可视化反馈、自供能感知与多模态健康监测于一体的可穿戴热电凝胶在个性化健康管理与智能医疗领域的广阔应用前景。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.5c04692