我校生命科學(xué)與健康工程學(xué)院楊麗研究員課題組在柔性傳感器件、疾病診斷與生理信息監(jiān)測(cè)領(lǐng)域連續(xù)取得重要研究進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了生物醫(yī)學(xué)工程、機(jī)械工程、工業(yè)設(shè)計(jì)、電子信息的多學(xué)科交叉融合。
采用激光直寫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了激光誘導(dǎo)石墨烯（LIG）/氧化釩（VOX）納米復(fù)合材料的原位制備，并同步構(gòu)筑高性能氣體—溫度雙參數(shù)柔性傳感器。引入柔性高分子半透膜，提出了氣體—溫度雙參數(shù)解耦策略。采用PDMS軟膜對(duì)傳感器進(jìn)行封裝，封裝的傳感器可以阻止氣體分子的滲透，從而只對(duì)溫度變化響應(yīng)；未封裝的傳感器基于自加熱的方式消除了溫度變化的影響，可準(zhǔn)確檢測(cè)NO2氣體。進(jìn)一步集成微型數(shù)電采集模塊、無線傳輸模塊以及智能APP，實(shí)現(xiàn)了土壤環(huán)境氮流失和土壤溫度的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該項(xiàng)研究將在智慧農(nóng)業(yè)和人類健康監(jiān)測(cè)的應(yīng)用中發(fā)揮巨大潛力，該成果以“Vanadium oxide-doped laser-induced graphene multi-parameter sensor to decouple soil nitrogen loss and temperature”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上。（DOI:10.1002/adma.202210322）。
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VOX/LIG多參數(shù)傳感器用于農(nóng)業(yè)多參數(shù)檢測(cè)
制約柔性傳感器應(yīng)用的難題之一是其抗機(jī)械損傷能力差，易受到外部摩擦、扭轉(zhuǎn)、撕裂等問題，導(dǎo)致無法工作。針對(duì)此問題，團(tuán)隊(duì)提出了一種基于自修復(fù)吸濕性隨機(jī)超支化聚合物（HRHP）和可印刷固液雙相鎵銦合金（bGaIn）的自愈合、可重組、熱切換、變模量多功能電子平臺(tái)，解決了柔性器件可靠性差，難以長期應(yīng)用的問題。HRHP為電子器件提供了優(yōu)異的自愈合性能和獨(dú)特的變剛度，變粘附力特性，bGaIn實(shí)現(xiàn)了高延展性(>900%)、高電導(dǎo)率(3.40 × 104 S cm?1）、可批量印刷的柔性液態(tài)金屬電路的制備。柔性多功能電子器件可以像電子紋身一樣在皮膚上共形貼附，進(jìn)行無創(chuàng)、連續(xù)、舒適的健康監(jiān)測(cè)。此外，HRHP的自愈合與粘附性能可以輕松實(shí)現(xiàn)二維平面組件在三維復(fù)雜曲面上的重構(gòu)。該工作為柔性變形設(shè)備、智能機(jī)器人、假肢和物聯(lián)網(wǎng)以及不規(guī)則表面上的人機(jī)界面提供了新的方法。該成果以“Self-Healing, Reconfigurable, Thermal-Switching, Transformative Electronics for Health Monitoring”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上。（DOI:10.1002/adma.202207742）。
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自愈合，熱轉(zhuǎn)換，用于健康監(jiān)測(cè)的可變形電子平臺(tái)
柔性傳感器面臨的另一個(gè)重要難題是制備成本高，工藝復(fù)雜，設(shè)備昂貴，不可降解等問題，針對(duì)此問題團(tuán)隊(duì)在行業(yè)中首次提出經(jīng)過飽和NaCl溶液處理的鉛筆-紙基高靈敏濕度傳感器。利用紙本身的多孔吸濕性，高導(dǎo)電性手繪叉指電極，以及NaCl溶液對(duì)離子導(dǎo)電率的提升，實(shí)現(xiàn)了高響應(yīng)量和高靈敏度。研究成果主要描述了傳感器在人體健康監(jiān)測(cè)方面的三種應(yīng)用：口、鼻呼吸監(jiān)測(cè)，面部濕度監(jiān)測(cè)和不同活動(dòng)狀態(tài)下的出汗情況監(jiān)測(cè)。不僅如此，這種傳感器陣列還可以與尿布集成，形成智能尿布，提醒提早更換尿布。工作提出的設(shè)計(jì)和制造策略在可穿戴領(lǐng)域具有較大的商業(yè)應(yīng)用暢想空間。該成果作為封面文章，以“Pencil-on-Paper Humidity Sensor Treated with NaCl Solution for Health Monitoring and Skin Characterization”為題發(fā)表在《Nano Letters》上。（DOI:10.1021/acs.nanolett.2c04384）。
期刊封面
用于健康監(jiān)測(cè)的鉛筆-紙基高性能濕度傳感器
上述三項(xiàng)研究得到國家自然科學(xué)基金委、中國博士后基金、河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、天津市自然科學(xué)基金的支持。楊麗研究員團(tuán)隊(duì)在人工嗅覺、激光直寫石墨烯技術(shù)、多模態(tài)傳感、柔性電子器件、基于呼出氣檢測(cè)的醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)等領(lǐng)域積累了大量的研究經(jīng)驗(yàn)和研究基礎(chǔ)，近兩年在Advanced Materials，Journal of Materials Chemistry A，ACS Applied Materials & Interfaces，Microsystems & Nanoengineering，Chemical Engineering Journal，Nano Energy等期刊發(fā)表多篇高水平論文，其中一篇入選ESI高被引論文。
文圖/ 張曉晨 審核/ 張軼
