腕戴式可穿戴设备实现汗液钠钾离子实时监测
感知论坛
腕戴式可穿戴设备实现汗液钠钾离子实时监测
汗液作为反映人体生理状态的实时生物流体，正逐渐成为可穿戴健康监测领域的研究热点。通过追踪汗液中钠、钾等电解质的浓度变化，可为高强度作业或运动人群的生化指标监测提供关键数据支持。此类技术在热环境作业场景下具备显著的应用潜力，其核心优势在于能够实现在不中断日常活动的前提下完成连续生化数据采集。然而，将实验室概念转化为高可靠性实用设备仍面临多重技术壁垒。目前多数可穿戴离子传感器采用电位型检测原理，依赖特定离子选择性电极产生的电位差来推算浓度。此类传感器必须搭配具备稳定参比电位的参考电极方可输出有效读数。传统丝网印刷参考电极在初始工作时通常需要较长的电位稳定期，难以满足动态环境下对连续、即时监测的严苛要求。
针对上述技术瓶颈，日本东京科学大学理学院应用化学系教授细谷一郎率领的研究团队提出了一种创新型解决方案。该团队成功研发出一款集成化腕戴式传感器，其核心突破在于采用无需冗长预处理的丝网印刷液接界参考电极。相关研究成果已于2026年9月21日在线发表于《ACS Omega》期刊，论文共同作者为同系硕士研究生藤泽拓磨。
系统硬件架构采用高度集成化设计，将丝网印刷液接界参考电极、钠钾离子选择性电极、高分子样品传输层以及数字信号处理电路紧凑封装。其中，液接界内部填充的硅胶介质可有效调控水分渗透速率，促进电解液层快速饱和，从而实现参考电极电位的迅速稳定。样品传输层由医用级织物与高吸水性树脂纤维复合构成，覆盖于传感阵列表面。该结构可均匀润湿传感区域，并利用毛细作用加速汗液样本向检测区的定向迁移。整套传感模组外接至定制开发的腕戴式主机，设备内置信号调理电路、无线遥测模块及微型SD卡存储单元，可实现数据的本地缓存与实时无线传输。
为验证该方案在实际工况下的可靠性，研究团队将设备部署于某在建建筑工地进行实地测试。一名施工人员在为期两小时四十五分钟的标准工作日内全程佩戴该腕戴设备，期间涵盖常规作业、休息间隙、补水及用餐等环节。测试数据显示，传感器在人员高频活动状态下持续采集钠钾响应信号，并通过低功耗无线通信技术将数据同步至后台主机，同时完成本地存储。该结果证实了集成化系统在复杂野外环境中维持信号采集与传输稳定性的技术可行性。细谷一郎教授指出，本研究的核心价值并非开发新型电极材料，而是通过丝网印刷电极、样品动态传输机制与无线测量电路的系统级融合，验证了该架构在真实作业场景中的落地潜力。
汗液电解质的定量分析仍需依托标准化出汗实验及进一步的性能标定。当前技术验证已充分证实集成式可穿戴电解质传感系统走向实地应用的技术路线。细谷一郎教授表示，该技术未来有望为建筑施工、制造业流水线、竞技体育及户外探险等场景提供非侵入式离子监测手段。通过整合汗液流量与水分摄入等多维参数，系统可进一步拓展至热环境下的健康管理与精准补水干预领域。值得注意的是，基于成熟的丝网印刷工艺，该传感器模组具备低成本、批量化制造的产业优势。此项研究为面向职业健康、体育运动及户外应急场景的新一代可穿戴传感设备奠定了坚实的技术基础。
查看全文
评论0条评论