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为解决极端高温环境下劳动者脱水风险监测难题，研究团队开发了集成电化学/生物物理传感(EBS)的可穿戴微流控设备，通过实时监测汗液流失量、钠浓度及皮肤温度等指标，结合触觉反馈系统预警脱水风险。该设备在高温高湿环境中验证了其准确性，为职业健康管理提供了个性化干预工具。
随着全球气候变化加剧，极端高温对劳动者健康的影响日益严峻。工业环境中，穿戴防护装备(PPE)的工人面临热应激性肾病、心血管疾病等风险，而传统基于环境温湿度(WBGT)的监测方法无法反映个体生理差异。更棘手的是，人体口渴机制存在滞后性——当感知到口渴时，身体往往已出现2%体重的脱水，伴随认知和运动能力下降。现有汗液分析技术虽能检测钠离子(Na+)等指标，但普遍缺乏实时反馈功能，且难以在高温(40-65°C)、高湿(80-100%)的工业场景中稳定工作。
为解决这一技术瓶颈，美国西北大学Querrey-Simpson生物电子研究所联合马萨诸塞大学的研究团队在《npj Digital Medicine》发表了一项突破性研究。他们开发了名为电化学/生物物理传感(EBS)的可穿戴系统，其核心创新在于将微流控汗液采集、多模态传感与触觉反馈集成于拇指大小的设备中。研究通过22名受试者的现场试验证实，该设备能在穿戴防护服的极端环境下连续工作9小时，实时计算全身汗液流失量（精度R2=0.76）和钠浓度（R2=0.85），当汗液流失达500mL或体重2%时，通过振动马达发出分级警报。
关键技术包括：1) 五段式叉指电极阵列(21μm厚Ag/AgCl)嵌入1.5mm宽微流道，通过20kHz交流阻抗法同步检测汗液体积(分辨率1.086μL)和电导率；2) 双温度传感器(精度0.1°C)构建热通量模型，修正环境温度对测量的影响；3) 基于ARM Cortex M4处理器的低功耗系统，采用CR2032电池可续航1000小时；4) 工业级封装设计，通过玻璃填充尼龙外壳抵御机械冲击和液体渗透。
研究结果部分：
Electrochemical/biophysical sensing design and architecture
设备采用分层结构：皮肤接触层为115mm2的汗液收集区，中层微流道(240μm高)内嵌电极阵列，上层电子模块含加速度计和蓝牙模块。关键创新是区域化电极设计——首段2电极测量初始电导率，后续三段的叉指电极(间距3mm)追踪汗液填充进度，末段4mm间距电极扩展检测范围。
Benchtop characterization
在20-40°C环境下测试48台设备，验证温度补偿算法(V40°C=Vmeas×1.02(40-T))可将钠浓度检测误差控制在±5mM内，覆盖5-106mM生理范围。1μL/min流速下，体积检测线性度R2=1.0。
On-body field studies
22名受试者穿戴Nomex防护服进行测试：与吸收垫法相比，局部汗液量检测R2=0.70；手持钠电极对比显示钠浓度R2=0.85。热通量监测与商用Calera设备相关性达700W/m2·°C。典型案例显示，工人单日累计丢失1.5L汗液时，触觉反馈成功触发8次间歇振动和1次持续警报。
讨论与意义
该研究首次实现汗液生物标志物监测与主动干预的闭环系统，其价值体现在三方面：1) 生理层面，通过2%体重损失阈值预警机制，突破传统WBGT指数无法个体化的局限；2) 技术层面，微流道与柔性电极集成设计解决长期佩戴(>12h)下的信号稳定性问题；3) 管理层面，云端平台支持企业级健康监测，如研究中展示的工人群体钠流失热力图可指导电解质补给策略。未来，该技术可扩展至运动员训练监测或慢性肾病高风险人群筛查，为应对气候变暖带来的健康挑战提供创新解决方案。
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