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  隨著人們對健康意識的日益增強，可穿戴健康監測設備的需求日益增長。然而，傳統的傳感器往往存在透氣性差、易滋生細菌等問題，長時間佩戴會導致皮膚不適甚至感染。因此，開發一種既舒適又高效的傳感器成為了科研人員面臨的重大挑戰。

  該傳感器設計靈感源于天然冰草和章魚的特性，冰草葉子上存儲水和鈉鹽的冰晶結構啟發了研究人員在納米纖維上生長 ZIF-67 納米顆粒以實現抗菌，并噴涂 STA 納米片賦予傳感器超疏水性能（圖1）；章魚腿上的多面微球結構則促使研究人員制備出雙面微結構離子電解質，使傳感器具備超高靈敏度響應和寬檢測范圍。在性能方面，該傳感器表現卓越。靈敏度高達751.57kPa^-1，檢測范圍約為 84 kPa（圖2），且耐久性優異。傳感器內部的微孔提供了良好的透氣性，空氣滲透率約為350 mm/s，能有效保持皮膚干爽舒適。外部的 STA 納米片使其具有出色的疏水性，接觸角約為 164.2°，無論是水、啤酒、人工汗液還是其他常見液體滴在其表面，都能迅速滾落，不易滲透（圖3）。在抗菌性能上，通過將 Ag NWs 摻入 ZIF-67，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌展現出顯著的抑制作用，有效保障了長期使用的衛生安全（圖4）。同時，研究團隊通過一系列實驗對傳感器進行了全面表征。在傳感機制研究中，基于離子電容模型解釋了其工作原理，通過有限元方法模擬應力分布，揭示了雙面微球結構對提高傳感器靈敏度的關鍵作用。在實際應用測試中，傳感器能夠準確監測人體脈搏信號，即使在模擬出汗的情況下，也能清晰捕捉到脈搏的三個特征峰（P、T、D）和頻率，同時對關節運動如手指和肘部彎曲也能精準響應。此外，利用 4×4 傳感陣列和深度學習算法，傳感器可識別放置在其表面物體的壓力分布，對乒乓球、膠帶、時鐘等物體的分類平均準確率高達 99.4%（圖5）。這項研究成果在健康監測和機器人觸覺傳感領域具有巨大的應用潛力，為未來可穿戴設備的發展提供了新的方向和思路，有望讓電子皮膚在實際應用中更加舒適、可靠，進一步推動智能健康監測技術的發展。

  原文信息

  Guifen Sun, Zhendong Sun, Peng Wang, Zhengyan Zhang, Chuizhou Meng, Shijie Guo, Yang Li. Breathable, hydrophobic and antibacterial bioinspired fabric pressure sensors for comfortable skin-mountable health monitoring. Chemical Engineering Journal, 2025.

  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894725006072

作者介紹

王鵬：濟南大學機械工程學院教師，碩士生導師，校聘青年英才崗，研究方向為柔性傳感器，重點突破柔性傳感在實用化過程中遇到的傳感材質柔彈性差、傳感器件靈敏度低和可穿戴性差等瓶頸問題，并取得了一定的研究成果與獎勵。以第一作者/通訊作者在領域國內外重要期刊Nano Micro Letters、InfoMat、Advanced Fiber Materials、Nano Energy、Chemical Engineering Journal、Advanced Electronic Materials、Advanced Materials Interfaces、Nanoscale等發表論文29篇，包括14篇中科院一區Top期刊，2篇ESI前1%高被引論文；申請發明專利12項，授權4項；獲得天津市創新獎學金1次（2022年），天津市王克昌文化科技獎學金1次，博士研究生國家獎學金2次（2021年與2022年）；河北省優秀研究生畢業生1次（2023年），河北工業大學優秀博士論文（2024年），河北工業大學學術之星1次（2022年）；多次參加學術會議并做分會場報告。個人主頁：https://faculty.ujn.edu.cn/wangpeng1/zh_CN/index/149227/list.

張爭艷：河北工業大學教授、博士生導師、元光學者，獲人社部高層次人才資助、河北省第三批青年拔尖人才、河北省“三三三人次工程”人才、天津市原131創新型人才、天津市優秀科技特派員，第十二屆校優秀教師、校優秀教學團隊帶頭人。獲河北省2023年度科技進步二等獎（第一）、河北省第七屆教學成果二等獎，主持國家基金、科技部重點研發計劃子課題等國家級項目4項、省部級項目6項、企業委托課題5項，發表SCI高水平論文20余篇，授權發明專利10余項。任河北省增材制造學會常務理事、全國高校機械制造教學研究會常務理事、全國高等學校制造自動化研究會理事、中國機械工程學會增材制造技術分會青年委員、《天津科技大學學報》編委、《Additive Manufacturing Frontiers 》期刊青年編委、《機械設計》期刊青年編委。

孟垂舟：河北工業大學機械工程學院特聘教授，博士生導師。國家海外高層次人才引進計劃青年特聘專家、河北省海外高層次青年人才、河北省僑聯僑界專家委員會委員。清華大學物理學學士、博士學位，曾任職美國普渡大學生物醫學工程系博士后研究員、美國IBM半導體研發中心高級工程師、新奧集團能源研究院石墨烯/儲能/能源新材料等技術中心主任。長期從事新型納米材料和高分子彈性體的制備研究，以及其在能源轉換與存儲、生物醫學傳感、柔性電子皮膚、可穿戴健康設備、和健康護理裝備上的應用開發。

李陽：山東大學集成電路學院教授，博士生導師，IEEE高級會員，科技部中韓青年科學家、山東省泰山學者青年專家、山東省高校集成電路創新團隊帶頭人、山東省優青、山東省青年科技人才托舉工程入選者、齊魯青年學者，主持國家自然科學基金項目、科技部項目、山東省優秀青年基金項目、山東省重點研發計劃項目等省部級以上項目10余項。主要研究領域：新一代半導體材料與器件；“傳感存算一體化”芯片系統。已累計發表SCI檢索論文100余篇，其中以第一作者/通訊作者在Chem. Soc. Rev.、Matter、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、IEEE Trans. Electron, Dev. 等領域內頂尖期刊上發表中科院一區文章45篇，包含封面文章10篇，授權國家發明專利15項，韓國發明專利11項。