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  柔性電子皮膚（E-skin）傳感器為檢測人體信號、實現(xiàn)人機(jī)交互和推動智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展提供了創(chuàng)新解決方案。電紡納米纖維具有優(yōu)異的機(jī)械性能、輕質(zhì)以及可調(diào)透氣性，因此特別適合電子皮膚應(yīng)用。基于納米纖維的復(fù)合材料為三維結(jié)構(gòu)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(xiàn)了高效的信號轉(zhuǎn)換，是下一代智能電子產(chǎn)品的理想平臺。

  近日，蘇州大學(xué)程絲教授，福州大學(xué)賴躍坤教授，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)朱天雪教授在Nano-Micro Letters期刊上發(fā)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(fù)合材料的研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)性的評述。其中，蘇州大學(xué)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(shù)，包括遠(yuǎn)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(tài)，如核殼、多孔、中空、珠狀、Janus和帶狀結(jié)構(gòu)，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(xì)介紹了以電紡納米纖維為基礎(chǔ)的復(fù)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(fù)合材料在監(jiān)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(jìn)展。同時，綜述還探討了能夠?qū)Ω鞣N刺激做出響應(yīng)的多模態(tài)傳感器的開發(fā)，重點關(guān)注解耦多種信號的創(chuàng)新策略及其最新進(jìn)展，分析了當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)以及基于電紡納米纖維的復(fù)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(shè)計和應(yīng)用，促進(jìn)多功能傳感和健康監(jiān)測技術(shù)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(jī)械性能等固有特性。將水凝膠與納米纖維相結(jié)合，可以有效提高水凝膠的穩(wěn)定性、可恢復(fù)性和耐久性，而所得納米纖維/水凝膠復(fù)合材料的復(fù)合性能（優(yōu)異的機(jī)械特性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）使其在傳感應(yīng)用中具有廣闊前景（圖2）。制備納米纖維/水凝膠復(fù)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(zhì)機(jī)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(fù)合材料；（4）通過雙噴嘴靜電紡絲技術(shù)，一步法制備納米纖維/水凝膠復(fù)合材料。

圖2 納米纖維/水凝膠復(fù)合材料

  納米纖維的加入可以在氣凝膠結(jié)構(gòu)中形成增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，從而顯著增強(qiáng)氣凝膠的強(qiáng)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(diào)控環(huán)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(fù)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(jié)構(gòu)中實現(xiàn)金屬元件的精確圖案化和嵌入，從而增強(qiáng)其與柔性電子器件的兼容性。這有助于開發(fā)復(fù)雜的多功能器件，并能承受具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境條件（圖4）。

圖4 納米纖維/金屬復(fù)合材料

  本文重點介紹了各種復(fù)合材料在監(jiān)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(jìn)展（圖5-圖7）。同時，綜述還探討了能夠?qū)Ω鞣N刺激做出響應(yīng)的多模態(tài)傳感器的開發(fā)，重點關(guān)注解耦多種信號的創(chuàng)新策略及其最新進(jìn)展。

圖5 電紡納米纖維復(fù)合材料傳感器用于物理信號傳感

圖6 電紡納米纖維復(fù)合材料傳感器用于生理信號傳感

圖7 電紡納米纖維復(fù)合材料傳感器用于體液信號傳感

  最后，分析了當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)，并概述了基于電紡納米纖維的復(fù)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(jìn)展，但仍面臨若干挑戰(zhàn)，包括如下六個方面：（1）復(fù)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(jī)械穩(wěn)定性以及機(jī)械滯后現(xiàn)象；（4）生物相容性；（5）回收和可持續(xù)發(fā)展問題；（6）集成與技術(shù)革新。（圖8）

圖8 納米纖維基復(fù)合材料傳感器面臨的主要挑戰(zhàn)概述

  文獻(xiàn)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