·新型可穿戴传感器——表皮通量传感器（EFS）无需接触皮肤，仅通过测量水蒸气、二氧化碳以及挥发性有机化合物（VOC）等自然进出人体的分子，就能监测人体健康状况。
·表皮通量传感器可检测出伤口愈合过程中隐藏的问题，包括皮肤看似已经愈合但实际尚未完全恢复屏障功能的情况，这对糖尿病患者来说尤为重要。
·除了在医疗保健领域的应用，表皮通量传感器还能追踪人体对环境因素的暴露情况，揭示空气中的化学物质如何进入皮肤，并对脱水、感染或接触有毒物质等情况发出早期预警。
在人体皮肤表层之下，持续交换的分子揭示着有关人体健康的重要信息。据麦姆斯咨询报道，近日，美国西北大学（Northwestern University）的研究人员研发出了一款新型可穿戴皮肤传感器——表皮通量传感器（EFS），与以往任何技术不同的是，它无需接触皮肤就能捕获隐藏的数据。该表皮通量传感器通过测量来自皮肤的数据，为了解伤口愈合、人体水合状态、细菌感染等打开了新窗口。
首款通过感知“进出”皮肤的气体来评估人体健康状况的新型可穿戴传感器
相关研究论文以“A non-contact wearable device for monitoring epidermal molecular flux”为题发表在Nature期刊上。论文中介绍的表皮通量传感器工作原理是在人体皮肤表面上方创建一个小的腔室。在这个腔室内，该传感器可以测量通过皮肤排出或进入人体的水蒸气、挥发性有机化合物以及二氧化碳，从而实现人体健康状况的监测。
该表皮通量传感器无需直接接触伤口或受损皮肤，因此这项技术特别适用于监测伤口愈合过程，而不会干扰愈合进程。该表皮通量传感器在追踪人体水合状态、检测环境中的有害化学物质和发现细菌感染等方面展现出了潜力。
该传感器上的阀门可打开或关闭腔室（如图所示为打开状态），以便气体进入
传统的可穿戴传感器通过接触皮肤来收集数据，但该系统特意在皮肤和器件之间保持了一个很小的空气间隙。它采用机械设计，配备了一个可编程阀门，通过阀门的开合来控制腔室内的气流。当阀门关闭时，腔室会捕捉来自皮肤的物质，这样表皮通量传感器就能追踪这些物质的浓度随时间变化的情况。通过分析这些变化，表皮通量传感器可以计算出分子流入或流出人体的速度。
虽然当下的可穿戴传感器能够追踪心率或出汗情况，但无法持续监测通过皮肤的气体流动。而这些分子的运动情况，能够为了解皮肤屏障功能、人体水合作用和伤口愈合进程提供有价值的信息。
在一项实验中，研究人员将该表皮通量传感器同时放置在人体六个不同的部位，以精确追踪人体的总失水情况。这项功能对于监测早产儿的体液平衡尤为重要，因为对于早产儿来说，保持适当的水合状态至关重要。
为了测试表皮通量传感器在伤口愈合监测方面的性能，研究人员将其同时应用于皮肤有伤口的正常小鼠和糖尿病小鼠。正常小鼠的伤口愈合和皮肤屏障功能恢复是同步进行的。然而，糖尿病小鼠的伤口在肉眼看来已经愈合，但表皮通量传感器检测到皮肤屏障功能直到数周后才恢复正常。这一发现对糖尿病患者的伤口护理策略可能具有重要意义。
该可穿戴传感器在糖尿病护理和伤口愈合方面有广阔的应用前景
研究小组还测试了表皮通量传感器检测伤口中细菌生长的能力。在将大肠杆菌引入猪皮伤口处后，该传感器检测到了挥发性有机化合物排放增加的特征模式，这与细菌的生长模式相吻合。该技术有效地起到了伤口感染的早期预警系统的作用。
除医疗保健领域外，表皮通量传感器还展示了其在环境安全方面的应用潜力，它能够测量大气中的化学物质如何渗透皮肤。在一项测试中，该传感器追踪了乙醇蒸汽在不同条件下进入皮肤的过程。
这项技术代表了一种监测人体如何与环境相互作用的全新方法。通过测量进出皮肤的物质，这种非接触式传感平台为个性化医疗保健、伤口管理和环境安全监测带来了新的可能性。随着研究人员对该传感器在性能和体积上的进一步优化，使其更加小型化，也许很快就能拥有一种针对感染、脱水和环境危害的早期预警系统，而且整个监测过程无需任何传感器接触皮肤。
尽管这项技术前景广阔，但目前仍存在一些局限性。在伤口愈合的研究中，主要使用的是动物模型（小鼠和离体猪皮），人体测试仅限于小面积擦伤，未涉及复杂的伤口情况。目前的原型器件比典型的可穿戴传感器更笨重，这可能会影响长期佩戴的舒适性。此外，虽然表皮通量传感器能够检测到挥发性有机化合物的存在，但无法识别具体的挥发性有机化合物种类，这对具备选择性识别的传感能力提出了需求。进一步微型化以及与更专业的传感器集成，将有助于提升该系统的实际应用价值。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08825-2
