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  可穿戴傳感器因其在監測人體運動和健康方面的獨特優勢而備受關注。然而，目前的一些傳感器缺乏對人體穿戴微界面溫度和濕度變化的傳感可靠性，導致身體區域傳感網絡的傳感精度不佳。為此，我們設計了具有芯鞘結構的蠶絲/聚氨酯復合導電紗線并制造出應變傳感器。采用3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷作為偶聯劑，運用石墨烯對蠶絲表面進行改性。所研制的傳感器具有響應速度快（80 ms）、耐久性高（>1500次循環）、優異的線性傳感特性（R²= 99.8%）和負電阻響應效應，尤其是傳感器性能夠耐受一定范圍內的溫度和濕度變化。該傳感器可以用于構建全身的傳感網絡，用于實時監測人體動作和健康信號，將在未來個性化醫療保健和公共衛生管理方面展現出應用前景。

  2023年2月3日，蘇州大學現代絲綢國家工程實驗室李剛教授、英國曼徹斯特大學材料學院李翼教授和牛津大學Botnar研究中心劉澤堃博士合作，設計開發了一種具有芯鞘結構的蠶絲/聚氨酯應變傳感器，能夠在不斷變化的可穿戴界面微氣候環境下工作，并能夠穩定可靠地檢測人體各項運動信號。該項工作以“A negative-response strain sensor towards wearable microclimate changes for body area sensing networks”為題發表在國際學術期刊Chemical Engineering Journal上（DOI: 10.1016/j.cej.2023.141628）。蘇州大學碩士研究生劉靜、香港理工大學博士研究生張君澤為共同第一作者，蘇州大學李剛教授、英國曼徹斯特大學李翼教授和牛津大學劉澤堃博士為共同通訊作者。該工作得到了科技部國家重點研發計劃、科技部國際合作司項目和中國紡織工業聯合會“紡織之光”應用基礎研究等項目的支持。

  團隊通過選取彈性芯纖維和石墨烯改性鞘纖維作為功能性元件，開發了一種蠶絲/聚氨酯復合結構應變傳感器。蠶絲具有優異的力學性能、生物相容性和穩定性，可作為可穿戴設備的理想材料之一。蠶絲分子結構表面具有多個反應基團，可作為反應位點。使用 3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷作為偶聯劑，可以增強石墨烯與蠶絲在羥基、羰基和環氧基團之間的鍵合。該傳感器在施加拉伸變形后產生了負電阻響應效應，在整個感應范圍內展現出優異的線性傳感特性（R²=99.8%）。由于傳感器表面含有極少的氧官能團，在不同溫度和濕度環境下仍然保持性能穩定，通過將傳感器與無線數據采集系統來實時展示人體傳感網絡，可用于長時間監測身體區域的活動和運動情況，在數字醫療保健領域具有廣闊的應用前景。

圖1. 傳感器的制備過程示意圖

圖2. 傳感器在拉伸下的電響應和相應機制展示

圖3. 傳感器的機電特性和傳感穩定性

圖4. 傳感器在人體區域傳感網絡中的應用

  上述研究結果表明，該團隊開發的可穿戴應變傳感器具有優良的線性傳感功能、機電性能和耐濕熱穩定性，能夠搭載無線信號采集系統用于人體區域傳感網絡的構建，在個人和公共數字健康管理方面展現了廣闊的應用前景。該工作是團隊近期關于應變傳感器相關研究的最新進展之一（Cellulose, 2022；Advanced Fiber Materials, 2023）。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141628