南开新闻网讯（通讯员 吴景 陈赜）近日，南开大学医学院、公共卫生与健康研究院王硕教授团队在营养与健康研究领域取得重要进展，开发出一种具有自适应汗液调控能力的可穿戴健康监测系统，实现运动与休息场景下生化及肌电信号的协同监测，并结合机器学习开展多维度疲劳评估与个性化运动指导。相关研究成果以“An intelligent electronic-textile system with adaptive sweat-regulation for continuous exercise-induced fatigue monitoring”为题，发表在国际学术期刊Nature Communications 上。
运动疲劳涉及能量消耗、代谢产物积累、电解质变化及肌肉功能改变等多个过程，仅依靠主观感受或单一生理指标，难以全面反映身体状态。汗液中的生物标志物与皮肤表面的肌电信号，为无创、动态监测提供了互补信息。然而，运动与休息期间出汗量差异显著：大量出汗容易造成皮肤表面积液，干扰肌电信号；休息时汗液分泌减少，又使生化传感器难以持续获得样本。如何兼顾微量汗液采集与大量汗液排出，是实现跨场景稳定监测的关键。
针对这一问题，研究团队构建了自适应汗液调控混合电子织物贴片（e-ASRHT），将具有不同液体突破压力的Janus微孔、梯度微柱结构与双层吸水材料相结合。液体突破压力可理解为汗液穿过微孔所需克服的压力门槛。通过分别调控传感区和排汗区微孔的结构与润湿性，贴片在微量出汗时优先将汗液输送至传感电极；随着出汗量增加，排汗区微孔共同参与输运，将多余汗液排出。梯度微柱进一步引导汗液向吸水层移动，促进样本更新，从而兼顾生化检测所需的汗液供给和肌电采集所需的稳定皮肤界面。
实验表明，该结构可在低汗液通量下实现汗液优先富集，并具有较高的液体输运能力。在休息状态下配合离子电渗促汗，贴片可在约3分钟内检测到信号；运动30分钟后，其肌电信号信噪比仅下降约5.74%。此外，贴片的水蒸气透过率接近原始织物，展现出良好的透湿性，为运动及恢复期间的持续佩戴提供了材料基础。
图：用于运动疲劳监测的智能电子织物系统。贴片集成生化与肌电传感、促汗模块、梯度微柱和吸水层，通过传感区与排汗区微孔的协同作用，实现微量汗液富集及多余汗液排出；并连接无线采集模块和移动端应用，实现运动-休息周期内进行机器学习驱动的多维疲劳评估。
在此基础上，团队利用可打印弹性导电墨水构建柔性传感电路，将葡萄糖、乳酸、钠离子、钾离子、铵离子、尿素、皮质醇和睾酮等8种汗液生物标志物的检测与肌电信号采集相结合，获取与能量代谢、水合状态及肌肉活动等相关的多维信息。配套电子模块完成信号采集和无线传输，使柔性贴片与云端分析、手机应用形成联动。为将多模态信号转化为可解释的疲劳评估结果，研究团队基于10名参与者在运动前、运动中及运动后恢复阶段获得的约26万条生理生化观测数据，比较12种分类算法，并结合五折交叉验证和留一受试者交叉验证筛选模型。系统从主观疲劳、血糖供给、乳酸积累、水合状态、肌肉疲劳和蛋白质代谢相关状态6个维度开展评估，形成综合疲劳指数。特征分析显示，皮质醇与肌电中位频率对模型判断具有重要贡献，体现了生化信息与电生理信息的互补价值。
研究团队进一步在参与者中开展自身对照干预验证，比较无干预、自我感知干预和系统实时监测指导干预。在该小样本试验中，系统评估与参考评估结果的一致率约为87.3%；相较于无干预条件，系统指导下基于综合疲劳指数计算的疲劳缓解率为43.3%至51.8%。系统通过移动端反馈疲劳变化，并辅助调整营养补充及运动强度，初步展示了连续监测与个性化干预相结合的应用潜力。
图：FatigueVisual系统的运动疲劳评估与干预验证。系统将贴片采集的数据传输至云端进行分析，通过手机应用呈现疲劳状态并提供干预建议；人体试验比较不同干预条件下的综合疲劳指数、恢复过程及相关生理生化指标变化。
围绕汗液传感与健康监测，团队还形成了相关知识产权成果，包括“一种运动性疲劳监测与管理系统及运动疲劳监测管理方法”专利（专利号：ZL202610813071.6），以及“汗液分析软件”（登记号：2026SR0262680）和“Fatigue Analysis V1.0”（登记号：2026SR0262310）两项软件著作权。这些成果与本研究相衔接，为汗液数据分析、疲劳状态评估及运动健康管理的进一步应用提供了支撑。
南开大学为该项工作的第一完成单位及唯一通讯单位。南开大学医学院、公共卫生与健康研究院副研究员吴景与博士生杨晶莹为论文共同第一作者，南开大学医学院、公共卫生与健康研究院王硕教授为唯一通讯作者。该研究获得国家自然科学基金青年项目支持。
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76168-1
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