Nat. Commun. | 韩国亚洲大学等研发可呼吸皮肤分析仪，实现对环境污染影响皮肤的长期可靠监测

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皮肤是人体最大的器官，也是抵御环境侵害的第一道防线。准确监测其健康状况——特别是“皮肤水合作用”（SH）和“经皮水分流失”（TEWL）这两个关键指标——对于诊断和管理特应性皮炎（AD）等皮肤疾病至关重要。

然而，这一领域长期面临一个核心困境：我们缺乏可靠的工具。传统的“棒状”检测仪只能进行瞬时测量，无法捕捉皮肤状态的24小时昼夜节律变化；基于患者报告的调查问卷又充满了主观性；而此前的可穿戴贴片，则普遍存在一个致命缺陷——长时间佩戴会导致汗液积聚，从根本上干扰数据的准确性。

近期发表于 Nature Communications 的一项研究，为我们带来了一个精巧而强大的解决方案：“可呼吸皮肤分析仪”（BSA）。这不仅是一款传感器，更是一个集成了智能机械、鲁棒传感和先进算法的微型系统。它首次实现了在日常生活中对皮肤屏障功能的高精度、防汗、长期连续监测，并成功揭示了个体环境污染（如PM颗粒物）对皮肤健康的直接冲击。

主要进步与发展

这项研究的核心突破，在于它如何巧妙地解决了“长时间佩戴”与“数据准确性”之间的根本矛盾。

机械创新：会“呼吸”的双稳态致动器

这是该设备最关键的创新。研究团队没有采用传统的“粘贴式”传感器，而是设计了一种包含“可呼吸腔室”和“双稳态致动器”的智能机械结构。

通风模式（默认状态）： 在大多数时间里，致动器处于“开启”状态，将传感器模块与皮肤保持约2毫米的微小间隙（如下图d所示）。这使得空气可以自由流通，彻底解决了汗液和湿气积聚的问题，保证了皮肤的正常生理状态。
测量模式（激活状态）： 当需要测量时，设备会激活一根形状记忆合金（SMA）线，使双稳态臂“扣合”到其第二个稳定状态。这个动作会将传感器和封闭的腔室以恒定且可重复的压力（约0.18牛顿）压向皮肤。

这一设计一举三得：

解决了汗液干扰：通过“通风模式”确保了皮肤的干爽。
保证了测量精度：通过“测量模式”的封闭腔室隔绝了外界气流干扰，确保TEWL数据稳定；同时，恒定的压力消除了传统手持设备因按压力度不同而导致的巨大误差。
实现了超低功耗：双稳态结构意味着设备只有在切换状态的瞬间才需要耗电，而在保持“通风”或“测量”状态时均不耗电，极利于长期佩戴。

图1：BSA“呼吸式”双稳态致动器工作原理

传感创新：更鲁棒的SH与TEWL检测

为了匹配其先进的机械结构，研究团队在传感器技术上也进行了革新：

皮肤水合（SH）传感： 摒弃了易受汗液、化妆品干扰的传统电阻/电容法，转而采用一种瞬态热传递方法。通过微型加热器和NTC温度传感器，设备能精确测量皮肤的热特性，从而推导出表皮和真皮的水合水平。这种方法抗干扰能力极强。
经皮水分流失（TEWL）传感： 利用“测量模式”下形成的封闭腔室，设备内的湿度传感器可以精确测量腔室内湿度随时间上升的速率，这是测量TEWL最稳定、最可靠的“闭室法”。

算法智能：从原始数据到临床洞察

BSA不仅仅是硬件。它是一个完整的分析系统，其“智能”体现在两方面：

DBSCAN异常值剔除： 系统非常“聪明”，它知道在淋浴后、或刚从室外进入室内时，皮肤表面的微环境是异常的。研究团队利用DBSCAN聚类算法，训练模型自动识别并剔除这些由剧烈活动或环境突变造成的“坏数据”，从而提供真正精炼、可信的皮肤健康数据。
昼夜节律分析： 通过每天采集约200个数据点，BSA能够捕捉皮肤健康的24小时波动。它通过计算MESOR（节律中值）来提供一个稳定的日均基线，而不是依赖于某个单一的、易变的瞬时读数。

临床验证：连接环境与健康的惊人发现

图2：BSA与PM传感器协同监测临床试验示意图

这是该研究最具影响力的部分。BSA的长期、高精度数据首次在个体层面揭示了环境与皮肤健康的直接联系。

客观诊断疾病： 在对特应性皮炎（AD）患者的测试中，BSA明确捕捉到了其受损皮肤屏障的典型特征——SH和TEWL之间存在显著的负相关性（r=-0.509, p<0.01），而健康对照组则没有这种相关性。这证明了BSA能客观评估皮肤屏障的健康状况。
量化污染危害： 这项研究的“点睛之笔”在于一项为期28天的临床试验。研究者让一名AD患者同时佩戴BSA和便携式PM颗粒物传感器（如上图a）。

🔹结果发现：患者的TEWL（皮肤受损指标）与PM暴露量显著正相关（r=0.61, p=0.02）（如上图e）。这意味着，空气污染确实在实时加剧他的皮肤损伤。

🔹值得注意的是：同期记录的传统临床主观评分（SCORAD指数）未能显示出这种相关性，这凸显了BSA客观、连续监测的巨大优越性。
验证干预效果：在研究的后14天，患者采取了干预措施（如戴口罩、回家后淋浴）。惊人的是，BSA的数据显示，PM暴露与TEWL之间的相关性消失了（如上图j）。这首次在个体层面定量证实了个人防护措施对抵抗环境污染、保护皮肤屏障是确实有效的。

结论与意义

“可呼吸皮肤分析仪”（BSA）的问世，是可穿戴医疗设备领域的一次重大飞跃。它彻底解决了长期皮肤监测中“汗液干扰”这一核心痛点，将皮肤监测从“瞬时快照”推进到了“连续录影”的时代。

这项研究的意义远不止于皮肤科。它开创了一个全新的领域：个体的、量化的环境健康影响评估。我们首次有能力实时追踪日常环境（如空气污染、花粉、室内甲醛）对我们身体（如皮肤、呼吸道）的具体影响，并立即验证防护措施是否有效。

BSA为实现真正的个性化医疗和循证健康管理铺平了道路。未来，基于此类技术的设备有望帮助数百万皮肤病患者主动管理病情，也可能成为我们每个人手中，用于抵御日益复杂环境挑战的“健康哨兵”。

▼参考资料

[1] Hong, I., Lim, D., Kim, D. et al. Breathable, wearable skin analyzer for reliable long-term monitoring of skin barrier function and individual environmental health impacts. Nat Commun 16, 9149 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-64207-2