日本研究人员开发新型汗水感应智能手表 可实时监测汗液中的钠钾变化

日本研究人员开发了一款手环式传感器，在真实建筑工地测试期间，成功追踪了与汗液相关的钠和钾信号，持续时间达 2 小时 45 分钟。这款可穿戴设备由东京科技大学研发，结合了印刷电极、汗液收集层及无线电子设备，以监测人员工作时汗液化学成分的变化。与传统印刷传感器相比，该系统使用了一种液体接点参比电极，设计上能够快速稳定，无需长时间准备即可产生稳定读数。

原型机在一名建筑工人日常活动中进行测试，包括移动、休息、饮水及进食。研究人员表示，结果表明该系统能够在实验室条件之外收集和传输与汗液相关的信号。该传感器通过测量与汗液中的钠和钾离子相关的电压变化来运作，这些矿物质参与多种生理过程，使其成为可穿戴监测研究的有用目标。这类传感器依赖参比电极提供稳定的电气基准，若没有参比电极，电压变化无法可靠地与离子浓度变化相联系。

系统测试与运作原理

传统的印刷参比电极需要相当长的时间来稳定，限制了其在设计用于持续测量的可穿戴系统中的实用性。为此，研究人员集成了一种含有二氧化硅的丝网印刷液体接点参比电极。该材料允许水进入电解质层，帮助电极在无需长时间预调整的情况下达到稳定的测量电位。该设备还包含独立的钠选择电极和钾选择电极，使其能够同时响应这两种离子。电极上方设有一层布料和超吸水纤维，帮助收集汗液，保持感测区域湿润，并将样本运输至传感器。

这些组件连接到一个定制的手环式电子单元，该单元处理信号，无线传输至计算机并将测量结果存储在 microSD 卡上。研究人员指出，这些组件的组合，而非新电极材料的开发，才是主要的工程进展。

现场测试与未来应用

该团队在一个活跃的建筑工地上测试了完整系统，参与者在进行正常日常活动时佩戴设备约 165 分钟。在测试期间，传感器持续获取对钠和钾响应的信号，这些读数被传输到附近的计算机并在本地保存。东京科技大学的副教授志田勇表示：“这项工作的主要成就不在于提出一种新电极材料，而在于印刷电极、样本传输机制及无线测量电路的集成，展示了其在真实环境中的可行性。”

该现场测试仅涉及一名参与者。研究人员强调，这些信号尚未经过验证，无法准确量化汗液电解质浓度，需在控制出汗条件下进行进一步测试，方可可靠地支持水合作用评估或健康监测。研究团队相信，印刷电极的制造最终可以使类似的可穿戴系统以低成本大规模生产。潜在应用包括监测建筑工地和工厂的工人，以及在炎热条件下运动的运动员和户外锻炼者。本研究发表于《ACS Omega》。

可穿戴技术在健康监测中的潜力

这款新型汗水感应智能手表的开发，显示出可穿戴技术在健康监测领域的潜力。通过实时监测汗液中的电解质变化，这类设备能为工人和运动员提供重要的生理数据，帮助他们更好地管理水合作用及健康状况。尽管目前的测试仍需进一步验证，但该技术的成功集成可望推动未来在各行业的应用，特别是在高强度工作和运动环境中。