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)構設計的思路，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。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。

　　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（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、智能柔性傳感領域取得的又一重要進展。

　　西安交通大學仿生工程與生物力學中心（簡稱BEBC），該中心從生物力學、生物傳熱學、生物醫(yī)學等理論體系出發(fā)，依托組織工程、細胞打印等相關前沿生物技術，著力于解決生物醫(yī)學工程的基礎性研究以及臨床醫(yī)學治療方案的設計、優(yōu)化。