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皮膚作為人體最大的器官，其屏障功能健康直接關(guān)系到抵御外界刺激、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的能力。然而，傳統(tǒng)皮膚健康監(jiān)測要么依賴間斷性測量，難以捕捉晝夜節(jié)律帶來的波動；要么存在佩戴不透氣、易積汗等痛點，難以完成長期穩(wěn)定的追蹤監(jiān)測。近日，發(fā)表于 Nature Communications 的一項研究推出了一款透氣型皮膚健康分析儀（BSA），這款可穿戴設(shè)備兼具透氣性與穩(wěn)定性，能連續(xù) 28 天精準(zhǔn)監(jiān)測皮膚含水量（SH）和經(jīng)表皮失水量（TEWL）兩大核心指標(biāo)。不僅為皮膚病診斷提供客觀數(shù)據(jù)支撐，更能量化顆粒物（PM）等環(huán)境因素對皮膚的影響，為個性化皮膚護理與環(huán)境健康評估開辟了新路徑。

01、研究背景

皮膚屏障功能的核心評估指標(biāo)的是皮膚含水量（SH，反映皮膚保濕狀態(tài)）和經(jīng)表皮失水量（TEWL，反映皮膚屏障完整性），其異常變化與特應(yīng)性皮炎（AD）等疾病密切相關(guān)。然而，當(dāng)前皮膚健康監(jiān)測體系存在顯著局限。首先是數(shù)據(jù)時效性不足，皮膚健康參數(shù)具有固有的24小時晝夜節(jié)律，SH和TEWL水平在一天中會持續(xù)波動，這一現(xiàn)象在特應(yīng)性皮炎患者中尤為明顯，其TEWL在夜間會出現(xiàn)加重，僅通過單次或短期測量難以反映真實的皮膚屏障狀態(tài)。其次是監(jiān)測設(shè)備存在明顯短板。多數(shù)商用儀器為棒狀設(shè)計，無法實現(xiàn)24小時連續(xù)監(jiān)測；而貼膚式傳感器雖能貼合皮膚，卻易因長時間佩戴導(dǎo)致汗液堆積，干擾皮膚生理狀態(tài)與測量精度；而透氣型傳感器，雖提升了汗液蒸發(fā)效率，卻易受機械摩擦和環(huán)境噪聲影響，難以滿足日常使用需求。最后是主觀評估方法存在偏差。臨床常用的SCORAD指數(shù)等評估方法依賴患者對瘙癢、睡眠干擾等癥狀的主觀描述，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性易受個體情緒與體驗影響，難以客觀反映皮膚真實狀態(tài)。與此同時，環(huán)境因素與皮膚健康的關(guān)聯(lián)研究也受限于監(jiān)測技術(shù)。顆粒物（PM）、甲醛等環(huán)境污染物與特應(yīng)性皮炎存在顯著相關(guān)性，但患者往往難以自行識別致病因素，且缺乏能捕捉日常波動的長期監(jiān)測工具，無法量化污染物暴露與皮膚屏障損傷的直接關(guān)聯(lián)，這嚴(yán)重阻礙了環(huán)境相關(guān)皮膚病的轉(zhuǎn)化研究與干預(yù)方案制定。本研究針對這些痛點，開發(fā)一款兼具透氣性、長效性與精準(zhǔn)性的可穿戴皮膚監(jiān)測設(shè)備，旨在破解當(dāng)前監(jiān)測困境。

02、研究概述

本研究開發(fā)的透氣型分析儀（BSA）以“解決長期監(jiān)測中的透氣與精準(zhǔn)矛盾”為核心，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與算法優(yōu)化，實現(xiàn)了SH與TEWL的同步、可靠監(jiān)測。BSA由傳感器模塊、控制板、致動器和透氣腔室組成，整體重量僅13g，尺寸與智能手表相當(dāng)，通過低刺激性腕帶佩戴于前臂，其核心設(shè)計與性能展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。關(guān)鍵創(chuàng)新在于透氣腔室與雙穩(wěn)態(tài)SMA致動器的組合，既保障了測量精準(zhǔn)度，又兼顧了長期佩戴的舒適性。

圖1 BSA概述

（圖片來自論文）

透氣腔室側(cè)面設(shè)有通風(fēng)孔，測量時關(guān)閉以隔絕環(huán)境氣流干擾，測量后開啟實現(xiàn)自然通風(fēng)，避免汗液堆積，實驗證實其透氣性較無孔腔室提升1.6倍，能有效維持皮膚表面微環(huán)境穩(wěn)定；雙穩(wěn)態(tài)SMA致動器采用形狀記憶合金（SMA）絲與雙穩(wěn)態(tài)梁結(jié)構(gòu)，測量時能以恒定力（約0.18N）將傳感器壓向皮膚，確保接觸一致性，測量后自動回縮為腔室通風(fēng)預(yù)留空間，且該致動器無需持續(xù)耗能維持狀態(tài)，續(xù)航可達36小時，能穩(wěn)定工作2000次以上，完全滿足長期使用需求。

圖2 透氣腔室與皮膚的力學(xué)行為分析及對應(yīng)致動器設(shè)計

（圖片來自論文）

在傳感原理上，BSA實現(xiàn)雙參數(shù)同步測量，突破了單一指標(biāo)的局限。皮膚含水量（SH）測量基于瞬態(tài)熱傳遞原理，通過加熱器與兩對NTC溫度傳感器構(gòu)建溫度梯度，不受化妝品、汗液等外界因素干擾，通過調(diào)整加熱時間（2秒測表皮、10秒測真皮），可分別評估100μm深度的表皮含水量與1400μm深度的真皮含水量，測量誤差僅3.4%，性能優(yōu)于商用傳感器；經(jīng)表皮失水量（TEWL）測量采用閉環(huán)腔室法，通過腔室內(nèi)濕度傳感器捕捉水分蒸發(fā)速率，結(jié)合線性擬合算法計算TEWL值，線性度達99.5%，與標(biāo)準(zhǔn)濕杯法測量結(jié)果高度一致，且重復(fù)性優(yōu)異。

圖3 傳感器部分設(shè)計：實現(xiàn)SH與TEWL的可靠測量

（圖片來自論文）

數(shù)據(jù)處理方面，BSA通過算法去噪與節(jié)律分析提升數(shù)據(jù)可靠性。針對淋浴、運動等場景導(dǎo)致的異常數(shù)據(jù)，采用DBSCAN密度聚類算法去除異常值，聚類相似度指標(biāo)均超過0.93，能有效過濾環(huán)境干擾；同時通過晝夜節(jié)律分析提取SH與TEWL的日均值（MESOR）和振幅，消除生理節(jié)律波動對環(huán)境因素關(guān)聯(lián)分析的影響，確保數(shù)據(jù)解讀的準(zhǔn)確性。

圖4 BSA 的演示

（圖片來自論文）

BSA經(jīng)過28天實測，展現(xiàn)出精準(zhǔn)區(qū)分健康與患病皮膚的能力。研究對3名輕中度特應(yīng)性皮炎患者與3名健康人進行3天連續(xù)監(jiān)測，結(jié)果顯示患者組的SH與TEWL呈顯著負(fù)相關(guān)，且偶然概率低（相關(guān)系數(shù)r=-0.509，統(tǒng)計顯著性p<0.01），符合皮膚屏障損傷時含水量下降、失水量升高的病理特征，而健康組無統(tǒng)計學(xué)意義（r=0.029，p=0.729），證明BSA能通過雙參數(shù)關(guān)聯(lián)分析精準(zhǔn)評估皮膚屏障功能；在環(huán)境影響評估中，韓國PM濃度峰值期，1名受試者同時佩戴BSA與PM傳感器監(jiān)測14天，發(fā)現(xiàn)PM暴露量與TEWL日均值呈顯著正相關(guān)（r=0.61，p=0.02），且高PM暴露（40-80mg/m³?day）時，皮膚屏障損傷的時間滯后效應(yīng)更明顯；干預(yù)效果驗證則顯示，通過戶外戴口罩+回家淋浴的干預(yù)措施，受試者的TEWL與PM暴露的相關(guān)性顯著減弱（干預(yù)前r=0.61，干預(yù)后無統(tǒng)計學(xué)意義），證明BSA能量化環(huán)境干預(yù)對皮膚健康的改善效果。

圖5 基于BSA的環(huán)境健康影響評估

（圖片來自論文）

03、研究意義

這款透氣型可穿戴皮膚分析儀的核心價值，在于突破了傳統(tǒng)監(jiān)測“短時效、低精準(zhǔn)、強主觀”的局限，實現(xiàn)了“長期連續(xù)、客觀參數(shù)、環(huán)境關(guān)聯(lián)”三重突破。

在臨床診斷層面，它通過28天穩(wěn)定監(jiān)測捕捉皮膚參數(shù)的晝夜節(jié)律與長期變化，有效避免了單次測量的偶然性，為特應(yīng)性皮炎等疾病的早期篩查、病情動態(tài)評估提供了量化依據(jù)，其雙參數(shù)關(guān)聯(lián)分析相比單一指標(biāo)更具診斷特異性，能更精準(zhǔn)地反映皮膚屏障的真實健康狀態(tài)。在環(huán)境健康層面，該設(shè)備首次實現(xiàn)了個體水平上“污染物暴露-皮膚屏障損傷”的精準(zhǔn)量化，為環(huán)境相關(guān)皮膚病的病因追溯、干預(yù)方案制定提供了直接數(shù)據(jù)支撐，成功填補了轉(zhuǎn)化研究中的技術(shù)空白，讓環(huán)境因素對皮膚健康的影響不再難以量化。在應(yīng)用體驗層面，輕量化、高透氣、低刺激的設(shè)備設(shè)計，徹底解決了長期佩戴的舒適性問題，配合藍牙數(shù)據(jù)傳輸與手機APP交互功能，無需專業(yè)操作即可實現(xiàn)居家自主監(jiān)測，大幅提升了用戶依從性，讓普通大眾也能輕松完成長期皮膚健康追蹤。

未來，該設(shè)備有望進一步小型化以適配嬰幼兒群體，同時集成PM、甲醛等環(huán)境傳感器，實現(xiàn)“皮膚狀態(tài)-環(huán)境因素”的實時聯(lián)動分析，最終為敏感肌護理、環(huán)境相關(guān)皮膚病預(yù)防提供更具針對性的個性化解決方案，推動皮膚健康管理向精準(zhǔn)化、個體化方向發(fā)展。

文章來源：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-64207-2