本文介绍了一项关于全量程汗液速率传感器的原创研究。该研究由Hao Shen、Siyuan Liu、Mengyuan Liu、Yujie Liu、Feng Wen、Mingxu Wang、Yongfeng Wang、Qiang Gao、Jun Ma、Lianhui Li、Dengfeng Zhou、Zuoping Xiong、Zhen Zhou、Shuqi Wang和Ting Zhang等人完成，主要作者来自中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所（i-lab, Suzhou Institute of Nano-tech & Nano-bionics, Chinese Academy of Sciences）和中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院（School of Nano-tech and Nano-bionics, University of Science and Technology of China），以及苏州联星电子科技有限公司（Suzhou Leanstar Electronic Technology Co., Ltd.）。该研究于2026年9月4日发表在期刊 Science Advances 上，文章编号为 eaed8456。论文的通讯作者为Shuqi Wang和Ting Zhang。

这项研究属于材料科学与可穿戴电子器件领域，主要聚焦于汗液速率的全范围连续监测。汗液分泌是人体调节水热平衡和自主神经应激反应的重要生理机制，其速率直接反映水合状态、心理压力、自主神经功能以及皮肤健康。当前汗液传感领域面临的一个核心挑战是：汗液在物理形态上可分为显性汗液（sensible sweat，液体形态）和隐性汗液（insensible sweat，气体形态），二者的产生机制和动态范围存在显著差异，单一检测模式难以同时覆盖低速率的气态汗液蒸发与高速率的液态汗液流动。传统液态汗液检测方法在低分泌速率下容易因蒸发导致低估，而基于湿度检测的方法在高分泌速率下又容易信号饱和。因此，实现从低到高全范围、非干扰的多模式集成检测，是该领域亟待解决的问题。本研究的核心目标是开发一种能够在同一检测部位协同集成湿度传感与微流导电传感的全范围汗液速率传感器，并通过异相分流结构（heterophase sweat shunt）实现显性和隐性汗液的非干扰检测。

研究的工作流程可以概括为材料合成与优化、器件制备与表征、实验室性能测试和多场景人体验证四个主要阶段。第一阶段是湿度敏感材料licl@uio-66-nh2的合成与优化。研究团队首先采用水热法合成uio-66-nh2金属-有机框架（metal-organic framework，MOF），然后通过溶液浸渍法引入不同质量比例的氯化锂（Licl）。通过扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）对复合材料进行表征，确认了Licl在MOF孔道中的高度分散，并观察到掺杂后比表面积从763.42 m²/g下降至30.09 m²/g，说明Licl有效填充了MOF的孔道。在湿度响应测试中，12.5 wt% Licl掺杂比例表现出最佳灵敏度，其电导与相对湿度的关系遵循log(g) = 0.052·RH – 9.223，响应时间为10.339 s，恢复时间为21.589 s。第二阶段是超疏水透气膜p@p sfm的制备与优化。该膜采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）混合静电纺丝法制备，通过调节纺丝电压、收集距离和PDMS/PMMA质量比，最终在15 kV、2:2质量比和7 cm收集距离条件下实现了151.9°的水接触角，同时透气性达到58.07 g/(h·m²)，并承受1.1 kPa的水压。该膜作为异相汗液分流器，既能隔离液态汗液对湿度敏感材料的腐蚀，又能允许气态汗液通过。第三阶段是传感器系统的集成与性能测试。隐性汗液传感器在5 mm直径的圆形区域内制备了叉指电极，电极指宽160 μm，指间距175 μm，并在电极上涂覆licl@uio-66-nh2后覆盖p@p sfm。通过自制的模拟隐性汗液分泌装置，建立了电导与隐性汗液速率之间的定量关系：g = 0.541·v – 0.098。显性汗液传感器则采用微流控通道与叉指电极结合的导电检测方法，通道宽度500 μm，最大可检测汗液体积为88 μl。通过对电导阶跃信号进行微分得到脉冲序列，建立了时间间隔δt与汗液速率v之间的定量关系：δt = 85.67v⁻¹·¹⁶，R²达到98.95%。第四阶段是人体多场景应用验证。传感器系统配备双通道微型电导信号检测与蓝牙无线传输模块，可同时处理显性和隐性汗液信号。在皮肤病评估中，传感器检测到银屑病患者皮损部位的隐性汗液速率显著高于正常皮肤，且药物治疗后有所下降。在运动脱水评估中，该方法在显性汗液尚未启动的早期阶段即可检测到隐性汗液信号，全范围传感可将脱水预测精度相对于单一显性汗液检测提高32.44%，相对于单一隐性汗液检测提高16.57%。此外，在心理应激测试中，志愿者观看恐怖电影时，传感器在枕叶脑电响应后约20 s检测到出汗显著增加，表明其可用于情绪识别和心理状态评估。

该研究获得的主要结果包括：第一，实现了0.182至10 μl/(min·cm²)的汗液速率全范围检测，覆盖了人体从隐性到显性出汗的全谱。第二，开发了licl@uio-66-nh2湿度敏感材料，其响应和恢复速度优于传统吸湿材料，并在多次循环和不同弯曲条件下保持稳定。第三，设计并制备了具有超疏水、透气和耐水压特性的p@p sfm异相分流膜，有效解决了MOF材料在实际汗液环境中的稳定性问题。第四，在同一检测部位实现了湿度传感和微流导电传感的非干扰集成，保证了两种模式的独立性和准确性。第五，通过多场景人体实验验证了传感器在皮肤病监测、脱水预警和心理应激反馈等方面的应用潜力。这些结果共同表明，全范围汗液速率传感能够克服传统单一模式在汗液形态转变区域存在的检测盲区。

该研究的结论指出，所提出的全范围汗液速率传感器通过异相分流机制实现了显性和隐性汗液的非干扰集成检测，其检测范围覆盖人体汗液分泌的全部动态范围。相较于仅依赖显性汗液或隐性汗液的检测方法，该传感器在预测实际体液流失和脱水状态方面具有更高精度。此外，其在皮肤健康评估、心理应激监测和自主神经功能评价等临床应用中具有广泛前景。研究的科学价值在于提出了一种多物理形态汗液协同检测的新范式，为可穿戴汗液传感从单一模式向多功能集成发展提供了技术基础；应用价值则体现在个性化健康管理、运动训练优化、神经系统疾病早期诊断以及药物疗效评估等实际场景中。

本研究的亮点包括：第一，首次在同一检测部位实现了基于电导信号的显性汗液和隐性汗液同步检测，并通过异相分流结构避免了模式间干扰。第二，licl@uio-66-nh2复合材料在湿度传感中表现出高灵敏度与快速响应/恢复特性，为低速率隐性汗液检测提供了材料基础。第三，p@p sfm膜的制备工艺通过混合静电纺丝将超疏水性和透气性整合于同一膜层，有效解决了传感器在实际使用中的环境适应性问题。第四，在人体应用中展示了传感器在银屑病病情评估、运动脱水预警以及心理应激识别等方面的多场景适用性，体现了全范围汗液速率检测的临床转化潜力。

此外，研究团队还开展了传感器在不同弯曲角度下的性能测试，发现显性汗液检测模块在弯曲角度达到25°时电导响应出现变化，说明该柔性传感器在应用中对贴附部位选择有一定限制。研究者因此在后续人体实验中优先选择胸部、前额和背部等相对平坦的部位。传感贴片设计为一次性使用，检测模块可重复使用，这种分离式设计降低了实际使用成本。研究还通过体外细胞实验验证了p@p sfm膜对正常人体真皮成纤维细胞（NHDF）无显著毒性，说明材料具有良好的生物相容性。