高性能纖維應變傳感器，實現可穿戴設備的柔性化、舒適化、便攜化

智能穿戴設備在健康領域應用廣泛，纖維傳感器具有高柔性和易編織等特點，有望與可穿戴技術結合開發智能織物，實現可穿戴設備的柔性化、舒適化、便攜化。然而，纖維材料/器件具有尺寸小、表面彎曲等特點，如何有效地在其表面負載功能材料一直是高性能纖維器件發展中面臨的重要問題。

近期，東華大學朱美芳院士、潘紹武研究員與復旦大學彭慧勝院士等，通過在纖維表面原位反應錨定力敏材料，構建高性能纖維應變傳感器。原位反應制備的力敏材料與纖維基底形成強界面，且具有高的力敏感特性，從而大幅提升應變傳感器的綜合性能。纖維應變傳感器具有433.6的靈敏系數、0.05%的低應變檢測限和100%應變檢測范圍，實現生理信號的實時監測，在智慧醫療領域展現出良好的應用前景。

與傳統纖維應變傳感器采用共混復合或表面物理負載制備策略不同，該工作通過水解縮合反應，將導電敏感層錨定在彈性纖維表面；這種錨定的敏感層與纖維基底形成強界面結合，且具有高力敏感特性，從而確保傳感器具有高靈敏度和優異的循環穩定性。

纖維應變傳感器的結構和機理

脈搏波信號是人體重要的生理信號，其中包含心率、血壓、血管老化等多種健康信息。脈搏測量是一種無創評估心臟健康的方法。例如，臂-踝脈搏波速度（baPWV）可用于評估動脈硬化程度。該工作采用高靈敏度的纖維應變傳感器可持續地測量人體手腕橈動脈波形，能清晰地分辨橈動脈脈搏波的沖擊波（P波）、潮汐波（T波）和舒張波（D波）特征信號。通過兩個纖維傳感器分別同時記錄臂動脈和踝動脈波形，可計算得到baPWV值，與商業醫療設備測量值具有良好的一致性。

纖維應變傳感器測量人體脈搏波信號

得益于纖維傳感器具有高柔性、微型化等特點，可將其編織到衣物中。通過偵測呼吸過程中腹部形變引起傳感信號的變化，結合無線數據傳輸與處理分析等技術，實現對人體呼吸狀態的實時無線監測。當佩戴者呼吸處于正常平穩狀態時，用戶手機終端會顯示為正常信息。然而，當呼吸狀態異常時，傳感信號的幅度下降并降至閾值以下，手機終端則顯示非正常狀態，并觸發警報以尋求進一步的醫療護理，這種技術有望應用于可穿戴智慧醫療領域。

基于纖維應變傳感器的可穿戴健康監測

該工作以 “In-situ forming ultra-mechanically sensitive materials for high-sensitivitystretchable fiber strain sensors” 為題發表于NationalScience Review期刊。東華大學材料科學與工程學院博士研究生余柔會為論文第一作者，東華大學朱美芳院士、潘紹武研究員，復旦大學彭慧勝院士為論文共同通訊作者。該工作得到國家自然科學基金等項目的支持。

論文鏈接： https://doi.org/10.1093/nsr/nwae158