《Materials Today Physics》：Wearable electrochemical sweat sensing technology for stress-related physiological monitoring in mental health
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摘要心理健康是人类幸福的基本要素，然而在全球范围内，受遗传、心理社会和环境因素的综合影响，其负担正在加剧。心理压力的评估仍然主要依赖自评量表和临床评估，无法直接捕捉随时间变化的分子改变。可穿戴汗液传感为在自然环境中连续读取压力相关生物标志物提供了与皮肤相容的途径。本综述讨论了
摘要
心理健康是人类幸福的基本要素，然而在全球范围内，受遗传、心理社会和环境因素的综合影响，其负担正在加剧。心理压力的评估仍然主要依赖自评量表和临床评估，无法直接捕捉随时间变化的分子改变。可穿戴汗液传感为在自然环境中连续读取压力相关生物标志物提供了与皮肤相容的途径。本综述讨论了压力相关生物标志物的生理基础、用于体表分析的汗液采样策略，以及与电极结构和界面设计相关的电化学生物传感原理。我们还探讨了多模态传感和AI辅助分析如何有助于解读分子读数并及时感知与压力相关的生理变化。最后，我们确定了临床转化的关键障碍，并概述了可扩展、精准和个性化心理健康管理的未来方向。
引言
精神健康问题已成为一种普遍存在的全球公共卫生负担1, 2，影响全球超过十亿人口。仅抑郁和焦虑每年就造成约一万亿美元的生产力损失[3]。目前的精神科诊断和临床评估主要依赖于临床访谈和基于症状的评估。外周生物标志物（如血液生物标志物）日益受到关注，可提供客观的分子信息以补充这些评估4, 5。其中，血液生化检测需要侵入性采样，且通常仅提供离散测量值，限制了其在日常生活波动性生理变化中连续追踪的适用性6, 7。这些局限性促使了能够在真实条件下提供客观生理信息的连续且生态有效的监测策略的发展。
可穿戴传感器已实现了对生物物理信号的纵向追踪，包括心率变异性[8]和皮肤电活动[9]。作为这些测量的补充，基于汗液的生化传感器可以直接测量与神经内分泌、免疫和代谢变化相关的特定分子标志物10, 11, 12。由于其非侵入性的可及性，汗液因此成为在日常生活中反复监测与压力相关的生理动态的实用生物流体[13]。多模态传感[12]和人工智能（AI）[14]的整合可能进一步提高时间分辨率和数据解读能力。
在此，我们从心理健康的角度出发，对可穿戴电化学汗液传感在压力相关生理监测方面的应用进行了聚焦论述。讨论从生理应激反应通路的概述开始，突出与可穿戴监测相关的分子特征。接着我们概述汗液诱导和采样策略。我们还探讨了用于生物标志物定量分析的分子识别和电化学换能策略，并讨论电极结构和界面功能化如何影响传感性能。我们进一步讨论了多模态可穿戴传感和AI辅助分析的最新进展，以及固有的技术挑战和可行的研究展望。本综述旨在加速稳健、非侵入性实时分析策略的发展，以用于精准心理健康评估和长期临床管理。
章节摘要
用于心理健康监测的压力相关生物标志物
与压力相关的生物标志物提供了与心理健康监测相关的生理过程的可测量信息[15]。暴露于急性或慢性应激源会通过相互关联的信号级联扰乱神经内分泌和神经生理稳态（图1a）：交感-肾上腺髓质（SAM）轴[16]介导快速的儿茶酚胺释放，而下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴[17]通过皮质醇分泌调控延迟的内分泌调节（图1b）。
汗液诱导方法
可靠的汗液生物分析不仅取决于传感器灵敏度，还取决于汗液的产生、收集和标准化方式。汗液诱导策略可大致分为自然生理刺激和主动刺激（图2）。
自然刺激包括静息出汗、运动诱导出汗和心理源性出汗，保留了内源性调节，因此对心理健康监测具有吸引力。静息出汗和心理源性出汗与基础生理状态尤为相关。
分子传感器的生物标志物定量分析
精神科生物标志物的定量分析需要能够将微量分子信号转化为可靠可穿戴读数的传感界面。可穿戴电化学传感器能够实现连续和低功耗的汗液分析，然而有限的样本量、基质干扰和变化的出汗速率对选择性和稳定性提出了挑战。本节讨论为应对这些限制而开发的生物识别元件和电极材料。
可穿戴汗液传感在心理健康监测管理中的应用
在心理健康应用中解读汗液生物标志物变化需要超越分子测量本身的生理和行为背景。多模态分析可能有助于刻画与压力相关的随时间变化的模式，并为个性化反馈或进一步临床评估的决策提供依据。本节既考虑了用于获取互补信号的系统，也考虑了其在心理健康管理中输出的潜在用途和局限性。
挑战
尽管在过去的几十年中，可穿戴电化学传感器在材料和分析架构方面经历了相当大的优化改进以用于生物标志物分析，但在心理健康监测中的可行部署仍受到固有的技术权衡的阻碍（图7)。
总结与展望
精神障碍，包括抑郁症、焦虑症和创伤后应激障碍，源于遗传易感性、早期逆境和长期环境压力之间复杂的相互作用。监测与压力相关的生理变化可能提供与心理健康相关的互补信息。可穿戴汗液传感技术为传统的自主问卷提供了一种令人信服的替代方案，允许对与压力相关的进行非侵入性纵向监测。
CRediT作者贡献声明
陈志果：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，监督指导，调查研究，经费获取，形式分析，概念化。林鹏：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，监督指导，调查研究，经费获取，形式分析，概念化。杨海鹏：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，监督指导，调查研究，经费获取，形式分析，概念化。廖晓颖：撰写 – 原稿，
利益冲突声明
? 作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究得到国家自然科学基金（批准号：22177077）和南山区生物聚合物与安全评价重点实验室（编号：KC2014ZDZJ0001A）的资助。
廖晓颖|杨海鹏|林鹏|陈志果
