可穿戴应变传感器在医疗康养和运动保健等个人数字健康管理中的潜在应用，引起了人们的广泛研究兴趣。皮肤-衣物微环境界面中的温度和湿度变化容易导致可穿戴传感设备的传感性能失真。因此，开发一种适用于不同微环境的自适应响应能力的柔性织物（ECGF）传感器具有重要意义。使用聚多巴胺作为连接纤维和氧化石墨烯的桥梁，通过在纤维表面原位还原形成还原氧化石墨烯多层结构。使用等效电路对传感器的机电性能进行了仿真和分析。结果显示：该传感器具有快速响应（50 ms）、耐用性（>3000次循环）和透气性（762.07 g/m2 • h），有利于微环境中的温度和湿度交换，在不同的温度水平（20.8°C - 44.9°C）和湿度水平（相对湿度：38% - 79%）下表现出稳定的传感性能，并成功用在个人数字健康的无线传感设备的集成监测演示，对于推进个人数字健康监测具有重要意义。
2025年1月2日，苏州大学现代丝绸国家工程实验室李刚教授课题组开发了一种利用牛角瓜-氨纶弹性织物和还原氧化石墨烯（rGO）制备的可穿戴柔性织物传感器件，适用于个人数字运动健康监测，该项研究为可穿戴个人健康设备的开发提供了新的思路。该项工作以“A Scalable Flexible Strain Sensor with Adaptive Response Capability to Varying Microenvironments for Digital Healthcare”为题发表在国际学术期刊Composites Science and Technology上。苏州大学硕士生刘竞舸和香港理工大学博士生张君泽为共同第一作者，苏州大学李刚教授为通讯作者，合作作者还包括苏州大学硕士生刘静、李威强、沈宏强、王凌霄、丁宇琪，东华大学刘燕平教授、李毓陵教授，以及中科院昆明植物研究所许建初教授。该工作得到了科技部国家重点研发计划、国际合作司项目和国家自然科学基金面上项目等项目的支持。随着人们对个人健康管理需求的日益增长，可穿戴柔性传感器在健康监测和运动生活领域的应用潜力受到广泛关注。然而，皮肤与衣物之间的微环境变化，如温度和湿度的波动，常常导致传感器性能失真，限制了其实际应用。为解决这一问题，苏州大学李刚教授研究团队联合香港理工大学、东华大学、中科院昆明植物研究所，开发出一种基于牛角瓜纤维和氨纶/涤纶包覆纱线的柔性织物应变传感器。该传感器以聚多巴胺为连接桥梁，将氧化石墨烯与纤维表面牢固结合，通过原位还原形成还原氧化石墨烯的层状结构。通过经纬交织设计，传感器的灵敏度易于调节。实验结果表明，该传感器具有快速响应（小于50毫秒）、高耐久性（超过3000次循环），在各种应变条件下均可以稳定地输出电信号。此外，该织物传感器具有良好的透气性（762.07 g/m²• h），能够在20.8°C至44.9°C的温度范围以及38%至79%相对湿度的微环境中保持稳定的传感性能。团队还展示了基于该传感器的无线健康监测设备，可以应用于各种运动监测，并通过智能手机实时接收显示，为智能纺织品在个人数字健康管理中的应用提供了实验依据。
摘要图：ECGF传感器示意图，机电性能测试及运动信号监测
图1. ECGF传感器的制备流程和表面形貌
图2. ECGF传感器的力学、电学和穿戴舒适性表征
图3. ECGF传感器的传感原理和性能测试
图4. ECGF传感器在微环境温湿度变化过程中的稳定性能测试
图5. ECGF传感器对个人物理运动信号监测的可行性验证
上述研究结果表明，该团队开发的ECGF传感器具有优良的服用舒适性能、传感稳定性、对微环境变化稳定性和户外运动监测可行性；该项工作是团队近期在健康功能纺织纤维材料相关研究的最新进展之一（Chemical Engineering Journal 490 (2024) 151827.；SusMat, 2024, 4(4): e207.)。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2025.111034
论文第一/通讯作者简介：
刘竞舸，苏州大学硕士研究生，研究方向为柔性可穿戴传感器及其在功能性智能纺织品中的应用。
李刚，教授，博导，苏州大学现代丝绸国家工程实验室主任助理。江苏省第十五批“六大人才高峰”高层次人才、江苏省侨联青年委员会委员、香港理工大学江苏校友会副会长。东华大学硕士、香港理工大学博士、美国塔夫茨大学访问学者（合作导师：美国工程院David Kaplan院士）。长期在丝蛋白生物材料、医用和智能健康纺织材料等多领域展开跨学科研究。在Advanced Functional Materials、Biomaterials和Bioactive materials等权威期刊发表学术论文150余篇。主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目等项目30余项，曾获2024年度中国丝绸领域十大科技成果、2023年中国纺织工业联合会优秀专利奖、2022年江苏省十大行业优秀成果奖、2022年第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国总决赛金奖指导老师、“香港首届创新大赛”冠军等荣誉。已授权国内外专利50余件。主要学术兼职为中国生物材料学会智能仿生生物材料分会委员、中国科协培训和人才服务中心、国家医疗器械审评中心、国家自然科学基金、中国博士后基金和“霍英东”科教奖评审专家、Journal of Fiber Bioengineering Informatics副主编、《产业用纺织品》编委、《丝绸》青年编委、Frontiers in Bioengineering and Biotechnology等杂志编委（https://web.suda.edu.cn/tcligang）。
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