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  隨著呼吸系統疾病長期監測與個性化診療需求的不斷增長，無創、動態監測呼吸參數逐漸成為柔性可穿戴電子領域的重要研究方向。在動態呼吸過程的監測中，通過捕捉呼出氣流的濕度與動力學特征，可以實現系統性的生理評估并對異常呼吸狀態進行監控預警（圖1a-1b）。然而，現有柔性呼吸監測裝置一般只能監測單一濕度或應變（壓力）信號，難以對呼吸過程中的多源生理變量進行有效區分。此外，傳感材料在長期工作狀態下易受周期性氣流沖擊與濕度冷凝等外部環境影響，其結構穩定性和長期響應可靠性亦面臨挑戰。

  針對這一問題，深圳技術大學的史濟東副教授等人開發了一種基于石墨烯-納米纖維素復合薄膜的應變/濕度雙模傳感器（圖1b）。由于石墨烯納米片在應變下的層片滑移以及納米纖維素的吸濕特性，這種復合薄膜具有優異的應變傳感（0%-20%應變范圍內GF=380，圖1c）和濕度傳感（5%-90%相對濕度范圍內 0.58 RH^-1，圖1d）性能，以及獨特的濕度觸發自修復特性（圖1e）。

圖1. (a) 呼出氣體中水汽產生示意圖。(b) 呼吸過程中應變產生示意圖。(c) 傳感器（初始電阻：4.40kΩ）在施加1%至10%應變時的機電響應。(d) 不同初始薄膜電阻的石墨烯-納米纖維素傳感器的濕度傳感性能比較。(e) 石墨烯-納米纖維素薄膜中的3微米寬的裂紋（左）與在水滴浸泡5分鐘后（右）的形貌表征。

  基于傳感器對應變與濕度的雙模響應，在呼吸監測中（圖2a），該裝置可同時獲取呼吸波形和呼出氣體的水合狀態，從而有助于進行人體的系統生理評估。此外，傳感器也可以檢測脈搏、關節運動等人體信號。另一方面，該裝置在環境檢測與智能交互設備的開發方面（圖2b）也顯示出優異的性能。

圖2. (a) 傳感器應用于呼吸監測（上）與表皮生理檢測（下）。(b) 傳感器對植物蒸騰作用的監測（上）與非接觸智能交互（下）。

  本工作提出了一種兼具應變與濕度響應的柔性傳感體系，結合高靈敏度傳感性能與濕度誘導的自愈合功能，突破了傳統傳感器在信號解耦與長期穩定性方面的技術瓶頸；通過材料創新與功能集成，實現了更加系統的呼吸監測與廣泛的可穿戴人體檢測、環境監測與人機交互功能，在智慧醫療與物聯網設備開發領域展現出廣泛的應用潛力。

  該工作以“Self-healable graphene-cellulose nanofibril composite with strain/humidity responsivity for wearable respiratory monitoring”發表于國際知名期刊《Carbon》。文章第一作者為深圳技術大學工程物理學院2024級研究生盧思祁，通訊作者為深圳技術大學工程物理學院的史濟東副教授。深圳技術大學工程物理學院為論文的第一單位。本工作也得到了國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金等項目的支持。華南理工大學輕工科學與工程學院的方志強副研究員，南方科技大學材料科學與工程系的趙玲玉副研究員，深圳技術大學工程物理學院的徐芳副教授對本工作也做出了貢獻。

  文章信息：Siqi Lu, Zhiqiang Fang, Mingxuan Lei, Shiyu Liu, Xingyi Li, Yizheng Liu, Lingyu Zhao, Zhaorui Liu, Fang Xu, Jidong Shi* Carbon 2025, 242, 120473.

  文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622325004890