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  導電聚合物聚（3,4-乙烯二氧噻吩):聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT:PSS）因其優異的導電性、溶液可處理性和力學柔性，已廣泛應用于太陽能電池、超級電容器、發光二極管、有機電化學晶體管等研究領域，并隨著可穿戴健康監測的興起，近年來逐漸在柔性傳感領域嶄露頭角。體表應變作為可穿戴健康監測的重要指標，可有效反映人體健康信息，如腕部橈側的皮膚應變可用于脈搏提取、肢體關節應變則是運動康復評估中的重要參考指標。不過，由于人體變形幅度各異、跨越兩個數量級（如脈搏應變<5%、四肢關節應變>100%），開發具有寬檢測范圍的廣域應變傳感器勢在必行。然而，PEDOT:PSS本征延展性較差，斷裂應變不足20%，為廣域應變傳感器的開發帶來挑戰。

  大自然中蛇等軟體爬行動物的體表由交錯重疊的剛性鱗片包裹，這些鱗片可通過相對滑移順應吞咽、移動等活動中的皮膚變形。受這一現象啟發，研究人員開發了可延展的仿生疊覆鱗片結構，并通過基底預拉伸與多步旋涂制備了具有該結構的PEDOT:PSS。外部拉伸下，重疊的PEDOT:PSS微尺度鱗片相互滑動，顯著降低鱗片自身承受應變，實現結構延展。研究發現，所開發疊覆鱗片結構的PEDOT:PSS可承受超過100%的應變（圖1）。進一步利用變形下鱗片滑移產生的總體電阻變化，可實現應變傳感，且傳感器檢測范圍及靈敏度可通過改變基底預拉伸幅度靈活調控。

圖1仿生疊覆鱗片結構廣域應變傳感器。（A）蛇皮表面交錯重疊的鱗片；（B）疊覆鱗片結構PEDOT:PSS變形機理；（C）疊覆鱗片結構PEDOT:PSS用于應變傳感：（D）所開發疊覆鱗片結構PEDOT:PSS在廣域傳感中的優勢。

  為探究所開發廣域應變傳感器在可穿戴應用中的前景，研究人員首先在傳感器底部黏附薄層水凝膠，以提升器件與人體皮膚的力學-生物相容性。為模擬器件在使用場景中承受的力學載荷，通過拉伸測試與剪切剝離測試系統探究了黏附界面的力學穩定性。進一步將傳感器貼附于人體表不同部位，實現了對于脈搏、發聲、吞咽、面部表情、肢體運動等不同幅度應變的傳感（圖2），展現了應用于可穿戴物理運動監測、心理狀態評估的巨大潛力。

圖2仿生疊覆鱗片結構廣域應變傳感器的可穿戴應用。（A）傳感器結構及可穿戴測試；（B-F）傳感器的可穿戴應用：脈搏（B）、發聲（C）、吞咽（D）、面部表情（E）及肢體運動（F）。

  相關研究成果發表于國際材料領域頂刊Matter（Matter. 2021, 4, 1-16）。論文的第一作者為西安交通大學仿生工程與生物力學研究所（BEBC）劉灝特聘研究員，西安交通大學徐峰教授、香港大學張世銘助理教授以及美國加州大學洛杉磯分校Ali Khademhosseini教授為共同通訊作者。

  文章鏈接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(21)00304-0