日本研究人員開發新型汗水感應智能手錶 可即時監測汗液中的鈉鉀變化

日本研究人員開發了一款手環式傳感器，在真實建築工地測試期間，成功追蹤了與汗液相關的鈉和鉀信號，持續時間達 2 小時 45 分鐘。這款可穿戴設備由東京科技大學研發，結合了印刷電極、汗液收集層及無線電子設備，以監測人員工作時汗液化學成分的變化。與傳統印刷傳感器相比，該系統使用了一種液體接點參考電極，設計上能夠快速穩定，無需長時間準備即可產生穩定讀數。

原型機在一名建築工人日常活動中進行測試，包括移動、休息、飲水及進食。研究人員表示，結果表明該系統能夠在實驗室條件之外收集和傳輸與汗液相關的信號。該傳感器通過測量與汗液中的鈉和鉀離子相關的電壓變化來運作，這些礦物質參與多種生理過程，使其成為可穿戴監測研究的有用目標。這類傳感器依賴參考電極提供穩定的電氣基準，若沒有參考電極，電壓變化無法可靠地與離子濃度變化相聯繫。

系統測試與運作原理

傳統的印刷參考電極需要相當長的時間來穩定，限制了其在設計用於持續測量的可穿戴系統中的實用性。為此，研究人員集成了一種含有二氧化矽的絲網印刷液體接點參考電極。該材料允許水進入電解質層，幫助電極在無需長時間預調整的情況下達到穩定的測量電位。該設備還包含獨立的鈉選擇電極和鉀選擇電極，使其能夠同時響應這兩種離子。電極上方設有一層布料和超吸水纖維，幫助收集汗液，保持感測區域濕潤，並將樣本運輸至傳感器。

這些組件連接到一個定製的手環式電子單元，該單元處理信號，無線傳輸至計算機並將測量結果儲存在 microSD 卡上。研究人員指出，這些組件的組合，而非新電極材料的開發，才是主要的工程進展。

現場測試與未來應用

該團隊在一個活躍的建築工地上測試了完整系統，參與者在進行正常日常活動時佩戴設備約 165 分鐘。在測試期間，傳感器持續獲取對鈉和鉀響應的信號，這些讀數被傳輸到附近的計算機並在本地保存。東京科技大學的副教授志田勇表示：「這項工作的主要成就不在於提出一種新電極材料，而在於印刷電極、樣本傳輸機制及無線測量電路的整合，展示了其在真實環境中的可行性。」

該現場測試僅涉及一名參與者。研究人員強調，這些信號尚未經過驗證，無法準確量化汗液電解質濃度，需在控制出汗條件下進行進一步測試，方可可靠地支持水合作用評估或健康監測。研究團隊相信，印刷電極的製造最終可以使類似的可穿戴系統以低成本大規模生產。潛在應用包括監測建築工地和工廠的工人，以及在炎熱條件下運動的運動員和戶外鍛鍊者。本研究發表於《ACS Omega》。

可穿戴技術在健康監測中的潛力

這款新型汗水感應智能手錶的開發，顯示出可穿戴技術在健康監測領域的潛力。透過即時監測汗液中的電解質變化，這類設備能為工人和運動員提供重要的生理數據，幫助他們更好地管理水合作用及健康狀況。儘管目前的測試仍需進一步驗證，但該技術的成功整合可望推動未來在各行業的應用，特別是在高強度工作和運動環境中。