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(fā)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(fā)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(jiān)測，在智慧醫(yī)療領域展現出良好的應用前景。

與傳統(tǒng)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(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)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(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(yè)醫(yī)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(tài)的實時無線監(jiān)測。當佩戴者呼吸處于正常平穩(wěn)狀態(tài)時，用戶手機終端會顯示為正常信息。然而，當呼吸狀態(tài)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(tài)，并觸發(fā)警報以尋求進一步的醫(yī)療護理，這種技術有望應用于可穿戴智慧醫(yī)療領域。

基于纖維應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