加州大学伯克利分校：可穿戴“光-电”皮肤传感平台！首次在运动中直接“看见”汗腺脉冲，揭示双模式控汗

01 成果介绍

当前，可穿戴汗液传感器虽能测量总体出汗量，却无法实时解析单个汗腺的微观分泌事件（如脉冲式分泌频率、密度及单次分泌量），尤其是在运动等动态条件下。传统皮肤电活动（EDA）测量虽推测皮肤电导（SkinG）的时相性尖峰对应汗腺脉冲式分泌，但缺乏直接的原位可视化证据，且现有光学方法（如OCT、多孔成像胶囊）因设备笨重无法用于运动场景。如何在运动状态下同时实现汗腺脉冲的直接光学可视化、皮肤电信号同步记录及汗液速率测量，是阐明人体出汗调控机制的关键挑战。

为此，本研究受汗腺天然脉冲式分泌行为启发，提出一种可穿戴光学-电学皮肤传感平台。该平台通过将微型显微镜、螺旋金属电极与微流控器件集成于定制化可穿戴装置中，首次实现了静止及运动状态下单个汗腺脉冲事件与皮肤电导时相性尖峰的直接原位关联。微观上，高分辨率成像捕捉汗液从腺管口脉冲式喷出的瞬态过程；宏观上，同步电信号与微流控测量分别提供皮肤电导及总体汗液速率。该平台展现出对脉冲密度（振幅线性相关，R²=0.92）、脉冲频率（频率线性相关，R²=0.94）及单次脉冲体积（通过公式计算）的精准解析能力，揭示出汗腺先增加脉冲频率、后调节脉冲体积的双模式控汗机制，为自供能、高舒适可穿戴生理监测系统提供了“微观腺体-宏观电信号”联用的全新研究范式。

02 图文导读

图1：光学-电学皮肤传感平台的概念与集成示意图。
a：平台原理图（微型相机、螺旋电极、微流控器件协同工作）；b：可穿戴装置的3D模型；c：装置佩戴于人体的照片（比例尺1 cm）；d：装置分解图（顶视图与底视图）；e：基线（干燥皮肤、稳定SkinG）与脉冲事件（汗液出现、SkinG尖峰）的同步对比。

图2：静止状态下汗腺脉冲与SkinG时相性尖峰的可视化关联。
a：手指处静止测试装置示意图；b：180秒代表性的SkinG记录（两个明显尖峰）；c：对应时刻的显微图像（0秒干燥表面，60秒首脉冲出现汗滴，100秒蒸发恢复，130秒第二脉冲），红色实线圆（两脉冲均激活）与蓝色虚线圆（仅首脉冲激活）示踪不同腺体行为（比例尺1 mm）。

图3：静止状态下SkinG尖峰幅度与脉冲腺体密度的相关性。
a：分类示例（低、中、高幅度尖峰及其对应图像，红点标记脉冲腺体，比例尺1 mm）；b：50分钟内的定量分析显示线性相关性（R²=0.92），幅度随脉冲腺体密度线性增加。

图4：运动过程中汗腺脉冲与SkinG尖峰的可视化关联。
a：手腕处自行车运动测试装置示意图；b：运动起始阶段30秒SkinG记录；c：单个腺体的连续显微图像（0秒无脉冲，7秒脉冲伴随尖峰，12-18秒无事件，19秒再次脉冲，比例尺0.1 mm），证实脉冲式分泌模式在运动中持续存在。

图5：运动过程中SkinG尖峰频率与脉冲频率的相关性及多受试者验证。
a：30分钟恒速骑行（20 km/h）实验方案（含3分钟基线、5分钟恢复）及6个腺体的脉冲频率随时间变化曲线；b：单个受试者SkinG尖峰频率与脉冲频率的线性相关性（斜率1.03，R²=0.94）；c：10名受试者的汇总数据（斜率0.97，R²=0.92），附受试者人口统计表（性别、年龄、皮肤类型、病史）。

图6：运动过程中汗液速率与腺体平均脉冲频率及估计脉冲体积的关系。
a：20分钟低速+10分钟高速骑行实验中，SkinG tonic、汗液速率、腺体平均脉冲频率的时间序列（脉冲频率约10分钟达平台，汗液速率持续上升至28分钟）；b：腺体平均脉冲频率随汗液速率先陡升后平台（峰值~7 burst·gland⁻¹·min⁻¹）；c：根据公式Vburst=SweatRate/(ρland×fburst)Vburst=Sweat Rate/(ρland×fburst) 计算的估计脉冲体积（设ρland=191ρland=191 gland·cm⁻²），显示极低速率时快速上升后线性增长，揭示双模式调控机制。

03 结论与展望

本研究成功开发出一种可穿戴光学-电学皮肤传感平台，通过微型成像、电极与微流控的集成设计，首次在静止及运动状态下直接验证了皮肤电导时相性尖峰即为汗腺脉冲式分泌的电学特征。该平台定量揭示了脉冲腺体密度与SkinG尖峰幅度的线性关系（R²=0.92）、脉冲频率与SkinG尖峰频率的线性关系（R²=0.94），并利用汗液速率分解公式估算出单次脉冲体积，发现汗腺先提升脉冲频率、再调节脉冲体积的双模式控汗策略。未来工作可聚焦于光学与电子元件的微型化与柔性封装，以实现长期、无扰的临床监测（如多汗症、无汗症诊断），并结合多波长光学探测同步分析汗液成分（钠离子、皮质醇、乳酸等），为个性化健康监测提供更丰富的腺体层面生理信息。

原文链接：http://www2.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2026/EECS-2026-10.html

来源：Wearable科研百宝箱