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  近年來，多功能生物傳感器作為下一代智能柔性電子的重要組成部分引起了人們的廣泛關注。通過將濕度轉換為電信號的這類傳感器已被廣泛應用于智能可穿戴設備、環境監測、電子皮膚和個性化健康監測，極大地推動了柔性電子學的發展。然而，當前大多數報道的柔性濕度傳感器主要由聚合物膜制成，其差的吸濕性、靈敏度低、濕強度差、透氣性差及制作工藝復雜等問題，限制了其在可穿戴設備中的應用。因此，迫切需要開發一種簡單有效的方法來制備一種對濕度敏感性高、濕強度好、耐久性長并且可讀的濕度傳感器。

圖1. 濕敏MC膜的制備:（a）劍麻; (b)接枝后的劍麻納米纖維素（MSF-g-COOH）,（c）MSF-g-COOH的TEM圖像;（d)）MC膜的制備方法;（e）濕敏MC膜的合成;（f）濕度敏感MC膜。

  針對提高器件濕強度、濕度敏感性和耐久性，陸紹榮教授團隊通過對劍麻纖維素分子結構的設計，引入羧基基團，提高劍麻纖維素的成膜性。同時采用檸檬酸（CA）進行交聯，用一個簡單的方法制備了可持續的生物膜（MC），該生物膜具有快速的濕度響應、良好的濕強度和耐久性。用該生物膜制作的電阻式濕度傳感器在重復干燥-噴水-干燥的過程中表現出良好的濕度傳感性能和穩定的電信號輸出性能。

圖2.（a）MC膜浸泡在不同溫度的水中后的承重照片。

  在前期工作基礎上，由陸紹榮教授帶領的研究團隊將上述得到的劍麻納米纖維素（MSF-g-COOH）通過環境友好型的水溶劑加工，得到了可生物降解的呼吸濕度傳感器用膜材料。采用CA交聯后，MC膜在25°C潮濕環境中的拉伸強度和斷裂伸長率明顯得到提高。并且MC膜浸泡在不同溫度（25°C，45°C，60°C，80°C，96°C）的水環境中都很穩定，其承重性能良好。此外，該團隊與湖南大學蔡仁教授團隊展開合作，首次通過同步成人在不同運動狀態下的呼吸實驗以及濕度可讀性，共同設計研究發現，MC膜中的CA可以產生額外的離子，顯著降低了MC膜傳感器在高（相對濕度）RH條件下的電阻。實驗結果表明在模擬快速呼吸的實驗中MC膜濕度傳感器的響應/恢復時間達到了0.8 s/2 s（52?100% RH）。因此基于CA交聯后的劍麻纖維素膜在潮濕環境中保持了較好的濕強度和導電性。該工作為濕度傳感器在個人健康監測和呼吸診斷分析方面的研究提供了新的思路。

圖3. MC膜濕度傳感器監測的四種呼吸模式下的實時電阻變化率（ΔI/I0）；（a） 慢呼吸，（b）深呼吸，（c）正常呼吸，（d）是（c）的高倍放大圖像，（e）快速呼吸，（f）是（e）的高倍放大圖像。

  以上相關成果發表在Nano Letters上。論文的第一作者為桂林理工大學材料科學與工程學院博士生張作才，目前在湖南大學蔡仁教授課題組進行聯合培養，共同第一作者為湖南大學聯合培養碩士生陸天韻，通訊作者為蔡仁教授，共同通訊作者為桂林理工大學陸紹榮教授與墨爾本皇家理工大學楊丹研究員。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02452

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