随着人们对健康意识的日益增强，可穿戴健康监测设备的需求日益增长。然而，传统的传感器往往存在透气性差、易滋生细菌等问题，长时间佩戴会导致皮肤不适甚至感染。因此，开发一种既舒适又高效的传感器成为了科研人员面临的重大挑战。

  该传感器设计灵感源于天然冰草和章鱼的特性，冰草叶子上存储水和钠盐的冰晶结构启发了研究人员在纳米纤维上生长 ZIF-67 纳米颗粒以实现抗菌，并喷涂 STA 纳米片赋予传感器超疏水性能（图1）；章鱼腿上的多面微球结构则促使研究人员制备出双面微结构离子电解质，使传感器具备超高灵敏度响应和宽检测范围。在性能方面，该传感器表现卓越。灵敏度高达751.57kPa^-1，检测范围约为 84 kPa（图2），且耐久性优异。传感器内部的微孔提供了良好的透气性，空气渗透率约为350 mm/s，能有效保持皮肤干爽舒适。外部的 STA 纳米片使其具有出色的疏水性，接触角约为 164.2°，无论是水、啤酒、人工汗液还是其他常见液体滴在其表面，都能迅速滚落，不易渗透（图3）。在抗菌性能上，通过将 Ag NWs 掺入 ZIF-67，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌展现出显著的抑制作用，有效保障了长期使用的卫生安全（图4）。同时，研究团队通过一系列实验对传感器进行了全面表征。在传感机制研究中，基于离子电容模型解释了其工作原理，通过有限元方法模拟应力分布，揭示了双面微球结构对提高传感器灵敏度的关键作用。在实际应用测试中，传感器能够准确监测人体脉搏信号，即使在模拟出汗的情况下，也能清晰捕捉到脉搏的三个特征峰（P、T、D）和频率，同时对关节运动如手指和肘部弯曲也能精准响应。此外，利用 4×4 传感阵列和深度学习算法，传感器可识别放置在其表面物体的压力分布，对乒乓球、胶带、时钟等物体的分类平均准确率高达 99.4%（图5）。这项研究成果在健康监测和机器人触觉传感领域具有巨大的应用潜力，为未来可穿戴设备的发展提供了新的方向和思路，有望让电子皮肤在实际应用中更加舒适、可靠，进一步推动智能健康监测技术的发展。

  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

作者介绍

王鹏：济南大学机械工程学院教师，硕士生导师，校聘青年英才岗，研究方向为柔性传感器，重点突破柔性传感在实用化过程中遇到的传感材质柔弹性差、传感器件灵敏度低和可穿戴性差等瓶颈问题，并取得了一定的研究成果与奖励。以第一作者/通讯作者在领域国内外重要期刊Nano Micro Letters、InfoMat、Advanced Fiber Materials、Nano Energy、Chemical Engineering Journal、Advanced Electronic Materials、Advanced Materials Interfaces、Nanoscale等发表论文29篇，包括14篇中科院一区Top期刊，2篇ESI前1%高被引论文；申请发明专利12项，授权4项；获得天津市创新奖学金1次（2022年），天津市王克昌文化科技奖学金1次，博士研究生国家奖学金2次（2021年与2022年）；河北省优秀研究生毕业生1次（2023年），河北工业大学优秀博士论文（2024年），河北工业大学学术之星1次（2022年）；多次参加学术会议并做分会场报告。个人主页：https://faculty.ujn.edu.cn/wangpeng1/zh_CN/index/149227/list.

张争艳：河北工业大学教授、博士生导师、元光学者，获人社部高层次人才资助、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创新型人才、天津市优秀科技特派员，第十二届校优秀教师、校优秀教学团队带头人。获河北省2023年度科技进步二等奖（第一）、河北省第七届教学成果二等奖，主持国家基金、科技部重点研发计划子课题等国家级项目4项、省部级项目6项、企业委托课题5项，发表SCI高水平论文20余篇，授权发明专利10余项。任河北省增材制造学会常务理事、全国高校机械制造教学研究会常务理事、全国高等学校制造自动化研究会理事、中国机械工程学会增材制造技术分会青年委员、《天津科技大学学报》编委、《Additive Manufacturing Frontiers 》期刊青年编委、《机械设计》期刊青年编委。

孟垂舟：河北工业大学机械工程学院特聘教授，博士生导师。国家海外高层次人才引进计划青年特聘专家、河北省海外高层次青年人才、河北省侨联侨界专家委员会委员。清华大学物理学学士、博士学位，曾任职美国普渡大学生物医学工程系博士后研究员、美国IBM半导体研发中心高级工程师、新奥集团能源研究院石墨烯/储能/能源新材料等技术中心主任。长期从事新型纳米材料和高分子弹性体的制备研究，以及其在能源转换与存储、生物医学传感、柔性电子皮肤、可穿戴健康设备、和健康护理装备上的应用开发。

李阳：山东大学集成电路学院教授，博士生导师，IEEE高级会员，科技部中韩青年科学家、山东省泰山学者青年专家、山东省高校集成电路创新团队带头人、山东省优青、山东省青年科技人才托举工程入选者、齐鲁青年学者，主持国家自然科学基金项目、科技部项目、山东省优秀青年基金项目、山东省重点研发计划项目等省部级以上项目10余项。主要研究领域：新一代半导体材料与器件；“传感存算一体化”芯片系统。已累计发表SCI检索论文100余篇，其中以第一作者/通讯作者在Chem. Soc. Rev.、Matter、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、IEEE Trans. Electron, Dev. 等领域内顶尖期刊上发表中科院一区文章45篇，包含封面文章10篇，授权国家发明专利15项，韩国发明专利11项。