智能穿戴設(shè)備在健康領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，纖維傳感器具有高柔性和易編織等特點(diǎn)，有望與可穿戴技術(shù)結(jié)合開發(fā)智能織物，實(shí)現(xiàn)可穿戴設(shè)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(diǎn)，如何有效地在其表面負(fù)載功能材料一直是高性能纖維器件發(fā)展中面臨的重要問題。

近期，東華大學(xué)朱美芳院士、潘紹武研究員與復(fù)旦大學(xué)彭慧勝院士等，通過在纖維表面原位反應(yīng)錨定力敏材料，構(gòu)建高性能纖維應(yīng)變傳感器。原位反應(yīng)制備的力敏材料與纖維基底形成強(qiáng)界面，且具有高的力敏感特性，從而大幅提升應(yīng)變傳感器的綜合性能。纖維應(yīng)變傳感器具有433.6的靈敏系數(shù)、0.05%的低應(yīng)變檢測限和100%應(yīng)變檢測范圍，實(shí)現(xiàn)生理信號的實(shí)時(shí)監(jiān)測，在智慧醫(yī)療領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

與傳統(tǒng)纖維應(yīng)變傳感器采用共混復(fù)合或表面物理負(fù)載制備策略不同，該工作通過水解縮合反應(yīng)，將導(dǎo)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(qiáng)界面結(jié)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(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

纖維應(yīng)變傳感器的結(jié)構(gòu)和機(jī)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(chuàng)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(yīng)變傳感器可持續(xù)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(gè)纖維傳感器分別同時(shí)記錄臂動脈和踝動脈波形，可計(jì)算得到baPWV值，與商業(yè)醫(yī)療設(shè)備測量值具有良好的一致性。

纖維應(yīng)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(diǎn)，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(jié)合無線數(shù)據(jù)傳輸與處理分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對人體呼吸狀態(tài)的實(shí)時(shí)無線監(jiān)測。當(dāng)佩戴者呼吸處于正常平穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，用戶手機(jī)終端會顯示為正常信息。然而，當(dāng)呼吸狀態(tài)異常時(shí)，傳感信號的幅度下降并降至閾值以下，手機(jī)終端則顯示非正常狀態(tài)，并觸發(fā)警報(bào)以尋求進(jìn)一步的醫(yī)療護(hù)理，這種技術(shù)有望應(yīng)用于可穿戴智慧醫(yī)療領(lǐng)域。

基于纖維應(yīng)變傳感器的可穿戴健康監(jiān)測

該工作以 “In-situ forming ultra-mechanically sensitive materials for high-sensitivitystretchable fiber strain sensors” 為題發(fā)表于NationalScience Review期刊。東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生余柔會為論文第一作者，東華大學(xué)朱美芳院士、潘紹武研究員，復(fù)旦大學(xué)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(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

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