可穿戴传感器可以通过持续实时监测生理因素，帮助预防严重的健康问题。具体来说，汗液监测可以为电解质平衡和整体健康状况提供有价值的见解。汗液中的钠浓度是水合作用和肌肉表现的关键指标。薄膜材料，如碳纳米管（CNTs）和离子选择膜（ISMs），已经成为可穿戴式汗液传感器发展的核心。CNTs具有很高的机械灵活性和导电性，ISMs可以对汗液中的特定离子进行无创检测。
不幸的是，ISMs本质上是疏水的，这意味着它们排斥水，进而排斥汗水。这导致低信号稳定性和响应性。此外，身体运动和摩擦经常会干扰传感器的读数，这就是为什么大多数汗液传感器依赖于与皮肤或粘合剂紧密接触的原因。然而，紧密接触会导致使用者不适，而长期使用粘合剂会对皮肤健康产生负面影响，导致感染、刺激和其他风险。
为了应对这些挑战，由日本早稻田大学综合生物科学和生物医学工程系的博士生Marc Josep Montagut Marques领导的一个研究小组开发了一种新型的生物启发ISM。Marques解释说：“受玫瑰花瓣的启发，我们设计了一种微纹理的ISM，可以增强润湿性并具有自清洁特性。”“这使我们能够避免传感器与皮肤接触，不像传统的传感器需要经常更换的粘性贴片。”
该团队包括早稻田大学的硕士生Takayuki Masuji，埃及Helwan大学的助理教授Mohamed Adel，埃及埃及-日本科技大学的Ahmed M. R. Fath El-Bab教授，以及日本东京大学医院的Kayo Hirose助理教授和Kanji Uchida博士。他们的研究发表在2025年8月5日的《生化系统》杂志上。
玫瑰花瓣具有独特的润湿特性。当接触到少量的水时，它们是亲水的，允许水滴粘附。但是当水的含量超过一定的阈值时，它们的表面就会变得疏水，从而触发一种自我清洁的效果，排斥所有的水。通过研究玫瑰花瓣的微观结构，研究小组发现，内花瓣有细微的微褶皱，而外花瓣有多边形的岛屿，周围有褶皱和中心的尖刺状突起。
使用两种花瓣类型的模具，该团队制造了两个基于聚氯乙烯（PVC）的ISMs分层到碳纳米管森林基板上：传感器A复制了内花瓣的微观纹理，传感器B模仿了外花瓣。与传统ISMs相比，这两种传感器在静态条件下的保水性都得到了显著改善。值得注意的是，传感器A显示出最高的保水性，使其适合运动时的汗液监测。此外，这两种传感器在暴露于高水位时都表现出自清洁效果，并表现出增强的电化学活性。
为了展示它们的潜力，研究人员使用这些传感器3d打印可穿戴式汗液监测设备。这些设备使用微通道将汗液输送到传感器，有2毫米的间隙以避免皮肤接触，减少皮肤刺激，提高用户舒适度。在运行测试中，该设备准确监测汗液中的钠浓度，表明电解质流失。由于具有自清洁功能，传感器还展示了汗液再循环机制，其中在低汗液产生期间，传感器将液体保留在通道内，一旦汗液水平超过限制，它们就会触发自清洁过程。这种机制确保了信号的稳定性，并防止气泡的形成，从而导致突然的信号尖峰。
“我们的传感器为汗液监测提供了一种实用的方法。它们不需要与皮肤直接接触，可以清洁和重复使用，适合智能手表等可穿戴设备，”马奎斯强调说。“这些传感器也可以集成到假肢和外骨骼中，通知智能反馈系统以防止过度劳累。”
这种创新的玫瑰花瓣传感器为开发舒适、耐用、准确的可穿戴汗液监测系统迈出了有希望的一步。
