Направленная пермеация в микроволоконном композитном гидрогеле для быстрого сбора пота и мониторинга гидратации

Почему важно отслеживать потоотделение

Поддержание адекватного уровня гидратации существенно для здоровья, спортивной работоспособности и повседневного комфорта, но большинство из нас по‑прежнему ориентируются на расплывчатые признаки вроде жажды или догадок. В этом исследовании представлен компактный носимый патч, который быстро захватывает ничтожно малые объемы пота, измеряет скорость потоотделения и соленость пота и передаёт результаты по беспроводной связи на телефон. Ускоряя захват и анализ пота, эта технология приближает нас к оперативным, персонализированным рекомендациям по гидратации во время тренировки или в жаркой среде.

Новый способ впитывать пот

В основе устройства лежит специально разработанный губчатый слой — микроволоконный композитный гидрогель. Он состоит из двух распространённых полимеров — полиэтиленвинилового спирта и полиуретана — объединённых в волокнистый мат. В отличие от обычных впитывающих прокладок или гелей, этот слой создан так, чтобы преимущественно тянуть пот в одном направлении: от кожи вверх в крошечные каналы сенсора. Исследователи тщательно настроили структуру так, чтобы поры в мате были частично заполнены, сужая пути ровно настолько, чтобы поднимать жидкость вверх, не давая ей расходиться в стороны. Такая конструкция снижает давление, необходимое для прорыва пота через слой, поэтому даже очень малые объемы пота могут быть захвачены быстро.

Направление потока по одностороннему пути

Для проверки эффективности перемещения жидкости новая материя сравнивалась с обычной впитывающей бумагой и стандартными пластинками. В традиционных материалах жидкость склонна распространяться во все стороны, как пятно, впитывающееся в бумажное полотенце, прежде чем что‑то попадёт в канал. В отличие от этого, новый микроволоконный гидрогель удерживал жидкость в основном в узком направлении и направлял её вертикально, позволяя микроканалам сенсора начинать заполняться ещё до полной насыщенности губки. Эксперименты с окрашенными жидкостями показали, что такое направленное транспортирование сокращает время доставки жидкости в каналы и увеличивает объём жидкости, который можно пропустить через заданную площадь. Лучшие характеристики продемонстрировал конкретный состав: каркас, содержащий 25 процентов полиуретана и 3 процента полиэтиленвинилового спирта по массе, который обеспечивал баланс пористости и прочности.

Преобразование пота в данные в реальном времени

На верхней стороне слоя для сбора пота исследователи разместили гибкую микрофлюидную сеть — тонкие извилистые каналы, вытравленные в мягком пластике, — украшенную крошечными металлическими электродами. По мере прохождения пота через эти каналы меняется проводимость между электродами. Отслеживая эти изменения, система извлекает две важные характеристики. Во‑первых, общий солевой состав пота можно вывести по уровню электрической проводимости. Во‑вторых, скорость, с которой фронт пота проходит от одной пары электродов к следующей, показывает скорость потоотделения. В испытаниях с солевыми растворами, прокачиваемыми с контролируемой скоростью, сенсор выдавал чистые ступенчатые сигналы, соответствующие программируемому потоку и концентрации, что подтверждает: губчатый слой не искажает химические показания.

От лаборатории до велосипедного теста

Затем команда интегрировала микрофлюидный сенсор с маломощным электронным модулем, который фильтрует сигналы, вычисляет параметры потоотделения и передаёт их по беспроводной связи на мобильное устройство. Добровольцы носили патч на груди во время езды на стационарном велосипеде при разной интенсивности. По сравнению с идентичным сенсором без специальной гидрогелевой прослойки, новая система начала передавать полезные данные более чем на пять минут раньше и в целом собрала примерно на половину больше пота. Показания скорости потоотделения на груди хорошо коррелировали с потерей жидкости всего тела, измеренной по взвешиванию участников до и после упражнения, а динамика соответствовала известным различиям между мужчинами и женщинами. Повторные испытания в разные дни показали стабильность измерений устройства.

Что это может значить для повседневного здоровья

В целом исследование демонстрирует, что формирование пути движения пота через сенсор — в частности, использование направленной, с низким сопротивлением губчатой прослойки — может существенно ускорить и улучшить измерения на основе пота. Для обычных пользователей это может означать патчи, которые быстро предупреждают о повышающемся риске обезвоживания, помогают индивидуализировать приём жидкости и соли во время тренировок или со временем отслеживают другие маркеры здоровья, присутствующие в поту. Облегчив сбор и анализ всего нескольких микролитров жидкости, технология закладывает основу для более точных персонализированных рекомендаций по гидратации и нового класса носимых тестов, использующих пот как доступное окно в состояние всего организма.

Цитирование: Shen, H., Liu, S., Liu, M. et al. Directional permeation-driven microfiber composite hydrogel towards rapid sweat uptaking and hydration monitoring. npj Flex Electron 10, 33 (2026). https://doi.org/10.1038/s41528-026-00535-7

Ключевые слова: ношенные датчики пота, мониторинг гидратации, микрофлюидный патч, гибкая электроника, электролитный баланс