新型可穿戴汗液传感器，通过测量皮肤电活动跟踪水合状态
2025-04-19 14:44:49 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
加州大学伯克利分校的研究人员展示了他们开发的汗液传感器如何测量皮肤电活动（EDA），以监测身体活动期间的水合状态。在此之前，皮肤电活动一直被认为仅适用于评估精神压力水平。
脱水可能会在不知不觉中降临到你身上。无论是在慢跑还是坐在办公桌前，人们很容易忽略水分摄入。现在，一种新的微型汗液传感器或许很快可以解决这个问题。这款可穿戴设备由美国加州大学伯克利分校的研究人员设计，可以测量用户的水合状态变化，帮助用户决定什么时候休息一下，补充一定的水分。
据麦姆斯咨询介绍，在最近发表在Nature Electronics期刊上的一项研究中，加州大学伯克利分校的研究人员展示了他们开发的汗液传感器如何测量皮肤电活动（EDA）（皮肤的一种电学特性），以监测身体活动期间的水合状态。在此之前，皮肤电活动一直被认为仅适用于评估精神压力水平。
贴附在皮肤上的多模式汗液传感器包含微流体通道和透气的微型蕾丝电极。该器件外形紧凑，紧密贴合皮肤，长期佩戴舒适稳定。
这些新发现可以扩大皮肤电活动在生理监测中的作用，并有一天为人们提供一种简单的方法来避免脱水。
“这项研究工作为使用智能手表等熟悉的可穿戴设备对水合作用和压力水平进行日常被动监测打开了大门。”该研究的首席研究员、电气工程和计算机科学以及材料科学与工程教授Ali Javey说。
据电气工程和计算机科学系博士后研究员、该研究共同第一作者Seung-Rok Kim称，该设备的创新设计是其有效性和易用性的关键。
他说：“由于我们的传感器轻薄、透气、佩戴舒适，它可以无缝集成到手表或健身追踪器的背面，提供实时反馈，而无需笨重的设备或一次性组件。这使得人们更容易一整天连续跟踪他们的体力消耗，水合状态和情绪压力。”
根据身体位置和活动类型的不同，皮肤电活动响应各不相同，这有助于解释如何使用皮肤电活动区分精神和身体活动。
论文共同第一作者、电气工程和计算机科学系研究生Yifei Zhan解释说，运动员可以使用该设备来避免在训练期间脱水，而办公室工作人员或学生可以监控压力以提高注意力和平衡。他说：“通过使生理传感更容易获取及个性化，这项技术使人们能够在锻炼、休息和精神健康方面做出更好的决定。”
科学界长期以来一直质疑皮肤电活动在跟踪身体活动方面的有用性，主要是因为运动期间大量出汗往往会使皮肤饱和并破坏信号，使传感器难以检测到皮肤的电变化。研究人员展示了如何使用透气、透水的电极来防止汗液在皮肤表面积聚，从而解决这个问题。
微型蕾丝电极、螺旋金属丝电极和碳纤维织物电极及其水分渗透率
该团队设计并测试了三种类型的透水电极：微型蕾丝电极、螺旋金属丝电极和碳纤维织物电极，以解决传统商业电极的关键限制。传统的商业电极不透水，会将汗液积聚在传感器下方。研究人员将电极放置在受试者身体的不同部位，并进行体力任务，例如骑自行车，以及智力任务，例如智商测试，同时测量他们的皮肤电活动。
“通过将皮肤电活动信号与局部汗液测量和体重引起的整体液体流失进行比较，我们评估了每个电极跟踪汗液产生的效果。”Zhan说，“这种方法使我们能够确定有效的传感器设计和身体部位，以便使用皮肤电活动来监测水合作用，并区分体力消耗引起的信号和精神压力引起的信号。”
研究结果表明，皮肤电活动可以可靠地反映一系列身体和精神活动中的出汗率和水合水平。接下来，他们将研究环境条件，如温度、湿度和个人皮肤特征如何影响皮肤电活动信号。
“这些努力将有助于提高下一代可穿戴健康监测器的准确性和个性化。”Kim说。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41928-025-01365-7
延伸阅读：
上一篇：面向电-光神经接口的透明超薄金μECoG电极阵列
下一篇：最后一页