近年來，隨著重大疾病的流行與大眾健康觀念的提升，可穿戴健康監(jiān)測逐漸興起。人體皮膚應變是可穿戴健康監(jiān)測的一項重要指標，可全方位反映人體健康信息。但由于人體不同部位的皮膚變形幅度差異較大（兩個數(shù)量級），開發(fā)具有寬檢測范圍的廣域應變傳感器就變得尤為重要。

　　西安交通大學仿生工程與生物力學研究所（BEBC）的研究人員圍繞柔性器件力學結(jié)構(gòu)設(shè)計的思路，受到蛇體表交錯重疊、可發(fā)生滑動以順應變形的鱗片啟發(fā)，開發(fā)了可延展的仿生疊覆鱗片結(jié)構(gòu)。通常情況下，剛性材料在變形下的斷裂破壞是柔性器件開發(fā)中需要極力規(guī)避的問題，然而該鱗片結(jié)構(gòu)卻“反其道而行”，通過變形下柔性基底上剛性薄膜的斷裂、重疊形成，利用相鄰疊覆鱗片之間的相對滑動順應外部變形，顯著降低剛性鱗片自身承受的應變，從而提升結(jié)構(gòu)的可延展性（超過100%應變）。

　　研究人員以導電聚合物PEDOT:PSS為例，利用變形下PEDOT:PSS鱗片滑移產(chǎn)生的總體電阻變化，實現(xiàn)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(diào)控，實現(xiàn)高靈敏度、寬范圍（1%~100%）應變傳感，相較于已有研究成果，應變傳感范圍顯著拓寬，進一步將傳感器貼附于人體表不同部位，實現(xiàn)了對于人體正常生理活動（如脈搏、發(fā)聲、吞咽、面部表情、肢體運動等）產(chǎn)生的不同幅度皮膚應變的有效傳感，展現(xiàn)了應用于可穿戴物理運動監(jiān)測、心理狀態(tài)評估的潛力。

　　仿生疊覆鱗片結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)PEDOT:PSS變形機理；（C）疊覆鱗片結(jié)構(gòu)PEDOT:PSS用于應變傳感：（D）所開發(fā)疊覆鱗片結(jié)構(gòu)PEDOT:PSS在廣域傳感中的優(yōu)勢；（E）傳感器結(jié)構(gòu)；（F）所開發(fā)傳感器用于可穿戴脈搏監(jiān)測（小應變）；（G）所開發(fā)傳感器用于可穿戴肢體運動監(jiān)測（大應變）。

　　該研究成果以《面向可穿戴廣域應變傳感的仿生疊覆鱗片結(jié)構(gòu)PEDOT:PSS》（Harnessing the wide-range strain sensitivity of bilayered PEDOT:PSS films for wearable health monitoring）為題發(fā)表于Cell姊妹刊物、國際材料領(lǐng)域頂刊 Matter 上。論文第一作者為BEBC劉灝特聘研究員，BEBC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，西安交通大學為論文第一單位和通訊單位。該研究成果是BEBC繼成功開發(fā)內(nèi)嵌三維螺旋傳感結(jié)構(gòu)（Small. 2018, 14, 1801711）、剛度空間調(diào)控水凝膠材料（Mater. Horiz. 2020, 7, 203-213）、室溫成型導電聚合物水凝膠材料（Adv. Mater. 2020, 32, 1904752）、環(huán)境適應型凝膠傳感器件（Small. 2021, 17, 2101151）之后，在軟物質(zhì)力學、智能柔性傳感領(lǐng)域取得的又一重要進展。