Nature Sensors | 加州理工高伟团队突破：自供电“智能口罩”实现呼气代谢物多日连续监测

– 领衔实验室： 加州理工学院高伟（Wei Gao）团队。高教授是可穿戴生物传感领域的领军人物，专注于柔性电子与生物医学监测。

– 合作机构： 林茨大学（JKU）Martin Kaltenbrunner 团队（负责高性能钙钛矿电池研发）及香港科技大学范智勇教授团队。

– 创新路径： 放弃传统电池，利用超薄、高效率的钙钛矿太阳能电池捕获环境光，驱动长效化学传感器。

EBClite 的成功源于其在材料与系统架构上的三重创新：

1. 抗干燥多孔水凝胶：实现持续冷凝

传统的EBC采集极易干涸。EBClite 集成了一种可再生的抗干燥多孔水凝胶，确保了多日采集的稳定性。

该图展示了口罩如何集成柔性传感器、微流控通道以及自供电模块，利用水凝胶层在呼吸循环中高效捕捉呼气中的生化分子。

2. 准二维钙钛矿自供电模块

为了摆脱笨重的电池，团队开发了一种超薄（微米级）准二维钙钛矿太阳能电池。

– 性能数据： 该电池在室内光照下的能量转换效率超过 30%，功质比高达 10 W/g。即使在暗淡的环境中，也能为传感器和无线传输模块提供充足动力。

3. 长效稳定的电化学传感器

研究以乳酸（Lactate）作为模型分析物，展示了传感器在极高湿度环境下的卓越稳定性。

EBC 乳酸监测的临床有效性

如图实验结果显示，口罩检测到的 EBC 乳酸浓度变化与人体在运动过程中的生理状态高度同步，证明了其作为运动及呼吸代谢监控工具的可靠性。

我们将高伟团队的 EBClite 方案与目前国际上其他主流呼吸监测方案进行对比：

专家评估：

相比于此前的研究方案，高伟团队的 EBClite 最大的优势在于系统级的完整性。它不仅是传感器的升级，而是通过引入高性能能源模块和新型采样材料，解决了一个“系统级难题”：即如何在真实世界的复杂湿度环境下，让无源设备稳定工作数日。

1. 呼吸系统疾病管理： EBClite 可用于哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者的长期居家监控，通过监测 EBC 中的生化指标预警急性发作。

2. 运动生理监测： 作为一款无创、自供电的设备，它可以集成到专业运动装备中，实时追踪运动员的乳酸阈值和疲劳状态。

3. 减低医疗成本： 无电池设计和可再生的材料策略，显著降低了可穿戴设备的维护成本和环境负担。

加州理工学院高伟团队的这项工作，为“无感化”健康监测树立了新标杆。它证明了：通过材料创新与能源获取技术的深度融合，我们可以将复杂的生化实验室流程浓缩进一片薄薄的口罩中，让呼吸本身成为诊断健康的语言

Heng, W., Putz, C., Tang, W. et al. A battery-free smart mask for long-term exhaled breath biochemical sensing.Nat. Sens. 1, 328–340 (2026). https://doi.org/10.1038/s44460-026-00041-3