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  柔性電子皮膚（E-skin）傳感器為檢測人體信號、實現人機交互和推動智能機器人技術的發展提供了創新解決方案。電紡納米纖維具有優異的機械性能、輕質以及可調透氣性，因此特別適合電子皮膚應用。基于納米纖維的復合材料為三維結構材料，將一維聚合物納米纖維與其他功能材料集成在一起，實現了高效的信號轉換，是下一代智能電子產品的理想平臺。

  近日，蘇州大學程絲教授，福州大學賴躍坤教授，安徽農業大學朱天雪教授在Nano-Micro Letters期刊上發表了題為“Recent Progress of Electrospun Nanofiber-based Composite Materials for Monitoring Physical, Physiological Signals and Body Fluid Signals”的綜述文章，對電紡納米纖維基復合材料的研究進展進行了系統性的評述。其中，蘇州大學博士研究生郭芳和碩士研究生任政為本論文共同第一作者。

  該綜述首先概述了電紡技術，包括遠場靜電紡絲、近場靜電紡絲和熔融靜電紡絲。此外，討論了電紡納米纖維的各種形態，如核殼、多孔、中空、珠狀、Janus和帶狀結構，以及加入功能材料以提高納米纖維性能的策略。隨后，文章詳細介紹了以電紡納米纖維為基礎的復合材料（即納米纖維/水凝膠、納米纖維/氣凝膠、納米纖維/金屬）。重點介紹了各種復合材料在監測物理、生理、體液和人體信號檢測中的多重信號方面的最新進展。同時，綜述還探討了能夠對各種刺激做出響應的多模態傳感器的開發，重點關注解耦多種信號的創新策略及其最新進展，分析了當前面臨的挑戰以及基于電紡納米纖維的復合材料傳感器的未來前景，旨在推動下一代柔性電子器件的設計和應用，促進多功能傳感和健康監測技術的突破。

圖1 圖文摘要

  作為最常用的電子皮膚傳感器形式，水凝膠具有與人體組織相似的高含水量和可變機械性能等固有特性。將水凝膠與納米纖維相結合，可以有效提高水凝膠的穩定性、可恢復性和耐久性，而所得納米纖維/水凝膠復合材料的復合性能（優異的機械特性和拓撲結構）使其在傳感應用中具有廣闊前景（圖2）。制備納米纖維/水凝膠復合材料的方法包括四種：（1）在納米纖維膜上旋涂/滴涂水凝膠材料；（2）采用告訴均質機將納米纖維膜破碎后加入到水凝膠溶液中固化成型；（3）納米纖維膜表面原位凝膠化形成復合材料；（4）通過雙噴嘴靜電紡絲技術，一步法制備納米纖維/水凝膠復合材料。

圖2 納米纖維/水凝膠復合材料

  納米纖維的加入可以在氣凝膠結構中形成增強網絡，從而顯著增強氣凝膠的強度（圖3）。目前3D納米纖維/氣凝膠的制備方法包括如下兩種：（1）將破碎的納米纖維短纖維通過冷凍干燥的方式制備成納米纖維/氣凝膠；（2）通過調控環境條件，直接靜電紡絲得到納米纖維/氣凝膠材料。

圖3 納米纖維/氣凝膠復合材料

  將金屬材料集成到納米纖維/氣凝膠中還能在納米纖維/氣凝膠結構中實現金屬元件的精確圖案化和嵌入，從而增強其與柔性電子器件的兼容性。這有助于開發復雜的多功能器件，并能承受具有挑戰性的環境條件（圖4）。

圖4 納米纖維/金屬復合材料

  本文重點介紹了各種復合材料在監測物理、生理、體液和人體信號檢測中的多重信號方面的最新進展（圖5-圖7）。同時，綜述還探討了能夠對各種刺激做出響應的多模態傳感器的開發，重點關注解耦多種信號的創新策略及其最新進展。

圖5 電紡納米纖維復合材料傳感器用于物理信號傳感

圖6 電紡納米纖維復合材料傳感器用于生理信號傳感

圖7 電紡納米纖維復合材料傳感器用于體液信號傳感

  最后，分析了當前面臨的挑戰，并概述了基于電紡納米纖維的復合材料傳感器的未來前景。在過去十年中，基于納米纖維的柔性傳感器材料取得了顯著進展，但仍面臨若干挑戰，包括如下六個方面：（1）復合材料的多樣性以及界面相容性；（2）多功能集成以及多信號干擾；（3）機械穩定性以及機械滯后現象；（4）生物相容性；（5）回收和可持續發展問題；（6）集成與技術革新。（圖8）

圖8 納米纖維基復合材料傳感器面臨的主要挑戰概述

  文獻信息：Guo, F., Ren,Z., Wang,S. et al. Recent Progress of Electrospun Nanofiber-Based Composite Materials for Monitoring Physical, Physiological, and Body Fluid Signals. Nano-Micro Lett.17,302(2025).

  原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s40820-025-01804-2