陕科大王学川/刘新华 JMCA：用于健康监测和热量管理的多功能胶原纤维基柔性可穿戴传感材料

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近日，陕西科技大学生物质与功能材料研究所王学川教授/刘新华副教授团队报道了一种多功能胶原纤维基柔性可穿戴传感材料，该材料不仅可用于健康监测，如人体脉搏检测、微表情分析和关节运动监测，还可以通过在不同温度和环境条件下调节人体亚环境温度进而有效进行热量管理。相关研究成果发表于国际材料领域顶级期刊Journal of Materials Chemistry A上。

图1 PPy/SCB@PP-CFs的微观结构和多功能示意图

作为可穿戴电子设备的重要组成部分，柔性应变传感器因其在捕捉姿势和监测各种人类活动方面的能力而引起广泛关注。然而，大多数应变传感器存在强度较低、导电性不高、特定环境应用性能不足等问题。基于此，该项研究通过将原位聚合法、喷涂技术与浸渍方法相结合，设计了一种多功能胶原纤维基柔性可穿戴传感材料（PPy/SCB@PP-CFs）。胶原纤维（CFs）作为PPy/SCB@PP-CFs的骨架。原位聚合后沉积的聚吡咯（PPy）和喷涂在纤维表面的超疏水炭黑（SCB）赋予了PPy/SCB@PP-CFs优异的导电性能和光热转换性能，并增强了胶原纤维的电磁屏蔽效果。同时，负载的SCB、疏水化改性SiO₂（F-SiO₂）和胶原纤维共同形成了粗糙的表面结构， PPy/SCB@PP-CFs表现出显著的超疏水特性。

基于上述设计原理， PPy/SCB@PP-CFs显示出优异的拉伸强度（59.9 MPa）、导电性（6.5 S/m）、柔韧性、生物相容性、超疏水性（接触角>155°）、阻燃性能、电磁屏蔽效果（18.3 dB）、光热转换性能和应变传感性能。值得注意的是，PPy/SCB@PP-CFs可作为柔性应变传感材料被制作成不同的可穿戴智能产品，这些产品即使在恶劣的环境条件下（如污渍、汗水、雨水、电磁干扰和低温）也可以长期稳定地用于个人健康监测和热量管理。简单通用的制造工艺以及多功能的性能集成使PPy/SCB@PP-CFs在可穿戴电子设备、人机界面和人工智能等领域具有良好的应用潜力。

图2 PPy/SCB@PP-CFs的导电性能、应变传感性能和电磁屏蔽效果

图3 PPy/SCB@PP-CFs的实时运动信号监测效果

 图4 基于PPy/SCB@PP-CFs的系列智能产品

相关成果以“Versatile Nano-micro Collagen Fiber-Based Wearable Electronics for Health Monitoring and Thermal Management”为题发表在Journal of Materials Chemistry A（DOI: 10.1039/D2TA08263B）上。陕西科技大学博士研究生白忠薛为本论文的第一作者，通讯作者为陕西科技大学轻工科学与工程学院王学川教授和刘新华副教授。感谢感谢国家自然科学基金（2207081675、22278257），陕西重点研发计划项目（2022GY‐272），陕西省教育厅重点项目（22JY013）和中国博士后基金项目（2021M692000）对本工作的大力支持！

原文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d2ta08263b

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