《Nature》子刊：3D打印可穿戴设备，通过皮肤表面水分和气体监测健康状态

南极熊导读：虽然可穿戴技术很有前景，但目前基于粘合剂的使用方式还不能完全满足医疗领域对设备性能和舒适度的要求。

2025年5月18日，南极熊获悉，美国亚利桑那大学的研究团队通过3D打印技术研发出一款全新的可穿戴设备。设备无需粘合剂，具有更高的耐久性和更强的生理监测能力，能够持续全面地记录佩戴者的生理状态。这款新型设备可用于检测皮肤表面的水蒸气和气体排放，进而实现与脱水、代谢变化及压力水平相关的生理数据的长时间跟踪与记录。

△3D打印可穿戴设备原理介绍

阿尔伯塔大学生物医学工程副教授、BIO5研究所成员Philipp Gutruf表示：“传统的可穿戴健康监测设备通常依赖于通过粘合剂直接贴合皮肤的传感器，但皮肤表层会不断更新、脱落，导致数据采集的连续性和可靠性受限。”

团队研究员David Clausen进一步指出：“我们开发的设备通过追踪皮肤释放的气体，有效绕过了传统设备粘附不稳、传感器堵塞等问题，实现了真正意义上的非侵入式、连续监测。”

△相关研究已发表在《自然通讯》，题目为“可穿戴连续扩散皮肤气体分析”

没有粘合剂的可穿戴设备

由于皮肤角质层的自然脱落会削弱粘合剂效果并阻碍气体交换，传统可穿戴设备往往需要每隔几天重新贴合一次。而这款新型设备则采用创新设计，形态上类似一个3D打印的袖口，可稳定佩戴在前臂上，无需任何粘合剂即可持续工作。内嵌传感器会实时监测佩戴者排放的气体，并将它的浓度与外部空气中的背景值进行比对，从而获取更精准的生理信息。

△模拟结果示意

与以往只能提供“快照式”数据的运动健康类可穿戴设备不同，Gutruf团队开发的这款装置可通过加密蓝牙实时传输数据，用户可在智能手机或计算机端连续查看。监测精度和持续性大幅提升，尤其适合用于长期数据分析和趋势识别。

Gutruf表示：“这实际上打开了一个全新的生物标志物研究视角，例如我们现在可以在不打扰被测者日常生活的前提下，持续记录压力或运动状态下的代谢反应，而这在以前需要一个专门的实验室才能做到。”

△3D打印可穿戴设备在运动和日常活动中的表现

实际应用与验证成果

在实际应用方面，这款设备已经展现出令人期待的前景。例如，运动员可在训练期间实时了解自身的补水状态与体能负荷变化；同时，该设备也能用于追踪心理压力水平以及某些慢性疾病的生理表现，有助于实现早期干预。

Gutruf指出，通过监测气体中反映压力反应的生理信号，有望在症状出现前识别代谢紊乱的早期迹象。这对于个性化医疗、精神健康追踪及慢性疾病管理而言，具有极高的价值。

Clausen补充道：“我们的设计在常规的运动和环境波动中依旧保持稳定运行，我们已经实现了多日持续监测，无需充电，同时能够捕捉到以往只有通过可见汗液才能得出的高价值数据。”

未来，研究团队计划进一步拓展可检测的生物标志物种类，并引入先进的数据分析算法，使设备在提供个性化健康洞察的同时，能够支持更长时间的数据积累与挖掘。

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