从桡动脉脉搏等微弱生理信号到行走、跑步产生的足底载荷，可穿戴压力传感器需要适应跨越多个数量级的力学输入。这要求传感材料既能在反复受载时保持结构与电学响应稳定，又能与器件界面协同，实现宽压力范围内的有效信号转导。与此同时，柔性电子器件的损伤修复与使用后再加工，也对高分子网络的可重构性提出了要求。因此，如何协调材料服役时的网络稳定性、修复时的动态重构能力及器件的宽量程响应，是发展可持续柔性压力传感器的关键。

  近期，青岛科技大学材料科学与工程学院陈克正/乔圣林团队与清华大学潘挺睿团队以生物基聚氨酯为载体，将分级动态网络设计与仿生界面构筑相结合，开发了兼具可修复、可再加工和超宽量程压力感知能力的离子弹性体传感器。

  2026年10月18日，该工作以“Bio-Derived Polyurethane Ionoelastomers With Hierarchical Dynamic Networks for Ultrawide-Range Iontronic Pressure Sensing”为题发表在《Advanced Functional Materials》上（Advanced Functional Materials, 2026, e79135）。青岛科技大学的王辰雨和中国科学技术大学的杨海森为共同第一作者，陈克正教授、潘挺睿教授和乔圣林副教授为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金及青岛市自然科学基金的资助与支持。

  研究以聚乳酸基大分子二元醇和含呋喃扩链组分构筑聚氨酯骨架，通过热可逆Diels-Alder反应形成动态共价交联网络，并引入离子液体介导的离子-偶极相互作用，实现承载骨架、可逆物理关联与离子传输的协同调控。动态共价网络在服役条件下维持结构稳定，升温后则通过网络解离与重组实现修复和再加工。在120 ℃处理3 h后，材料的应力恢复率达到90.62%，并在多次再加工后保持较好的力学性能（图1），为兼顾使用可靠性与可再利用性的柔性电子材料提供了设计依据。

图1. 分级动态交联网络的温度响应、拓扑重构及自修复机制

  在此基础上，研究团队借鉴人体皮肤的表面结构，构筑仿生随机粗糙界面，并与柔性电极集成，制备离子电容式压力传感器。不同高度和曲率的微凸起随压力增加依次变形，使真实接触面积逐步扩大，从而延缓界面接触饱和，将材料的弹性恢复能力转化为宽范围内的电容响应。器件在0-200 kPa范围内的灵敏度达到3339.21% kPa^-1，工作范围最大可至1 MPa，检测限约10 Pa，并在50 kPa载荷下表现出约90 ms的响应时间和70 ms的恢复时间，实现了对微弱压力扰动与较大机械载荷的跨尺度感知。

图2. 柔性离电压力传感器用于人体桡动脉脉搏信号的高保真采集与多维生理参数解析

  研究进一步展示了该器件在生理信号采集与人体活动识别中的应用。贴附于腕部的传感器能够清晰分辨桡动脉脉搏波中的主波、潮波和重搏波，并支持心率、特征时间及幅值比等参数提取（图2）。将敏感材料集成至具有11个感知位点的智能鞋垫后，系统可实时记录足底压力分布，并通过蓝牙传输实现动态可视化（图3）。结合支持向量机，在论文所用数据集及训练验证划分条件下，对静坐、双腿站立、单腿站立、行走和跑步五类活动的识别准确率接近100%，展示了该材料平台在可穿戴生理监测与运动分析中的应用潜力。

图3. 柔性离电压力传感阵列用于智能步态分析

  围绕柔性功能材料在动态形变与复杂生物环境中的结构稳定、信号保真及功能协同问题，该团队持续从分子相互作用与网络结构调控出发，推进材料本征性能、界面耦合行为与器件功能的跨尺度研究。在材料设计方面，通过无液体导电网络降低液相组分变化对导电性能的影响（Adv. Mater. Technol., 2023, 8, 2300553），利用PLA基聚氨酯与硫辛酸衍生聚硫氨酯中的动态共价网络协调力学承载、损伤修复与重复加工（Chem. Eng. J., 2025, 522, 167855，Biosens. Bioelectron., 2027, 316, 119337），并通过高分子间持久相互作用抑制增塑剂迁移，将组分与网络稳定性的调控拓展至耐久柔性薄膜（J. Mater. Chem. B, 2026, 14(13), 4048-4058）。在此基础上，研究进一步关注材料形变、环境作用与生物界面之间的耦合关系，通过牺牲键耗散、蛋白链间关联、MXene抗氧化保护及金属离子调控，改善柔性传感材料的力学恢复、环境耐受与生物界面适应性（Chem. Eng. J., 2025, 525, 170049，Chem. Eng. J., 2024, 482, 148785，ACS Sens., 2024, 9, 5156-5166，ACS Appl. Polym. Mater., 2025, 7, 15532-15541），并借助Janus非对称黏附结构实现界面功能的空间分配，协调皮肤贴合与外界干扰抑制，提升生物力学及电生理信号采集的保真度（Adv. Funct. Mater., 2026, 36, e22323，Chem. Eng. J., 2024, 499, 156197）。随着研究由材料与界面延伸至器件集成，团队以导电蚕丝纱线和多功能丝织物为载体，探索可织造传感结构及运动感知与热管理的协同（Chem. Eng. J., 2024, 487, 150645，Biosens. Bioelectron., 2026, 301, 118480），进一步在人工韧带和糖萼仿生界面中分别耦合力学反馈与局部抗炎、创面运动感知与免疫调节，推动生理状态监测与材料干预功能的融合（Chem. Eng. J., 2026, 535, 175566，Chem. Eng. J., 2026, 545, 179395），并通过纤维化多模态传感与LDH纳米酶辅助汗液检测，探索药物浓度变化与运动症状的互补监测（Nano Today, 2025, 61, 102613，Biosens. Bioelectron., 2025, 268, 116926）。上述研究逐步形成了以分子与网络设计为基础、以界面耦合和信号转导为纽带、面向生理感知与生物医学功能的研究体系。本次工作进一步将生物基动态网络的稳定承载与热触发重构相结合，通过仿生粗糙界面调控压力作用下的接触演化，将材料网络的可重构性与器件的宽量程感知相衔接，深化了团队在柔性传感材料可靠性、可再利用性及跨尺度信号转导方面的系统探索。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.79135