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  人體不斷發(fā)出的個性化電、機械、熱、生理和生化信號，提供了一種客觀的方法來評估個人的身體狀況，這對于老年人、慢性病患者以及需要準確監(jiān)測生理信號的特殊群體（如運動員）具有重要意義。而目前基于剛性金屬材料開發(fā)的智能眼鏡、手表、手環(huán)等商用可穿戴設備需要額外固定措施、機械性能不匹配導致生理信號監(jiān)測和收集不準確、還會出現皮膚炎癥風險等缺點。柔性電子設備有助于與人體無縫集成，降低阻抗并提高信號精度，有效地捕獲來自人體的各種生物信號，并有效地將其轉換為輸出電信號。

  鑒于此，近日，福州大學賴躍坤、黃劍瑩教授，新加坡國立大學林志群教授，清華大學危巖教授和安徽農業(yè)大學朱天雪教授在Progress in Materials Science期刊上發(fā)表了題為“Materials, structure design, performances of multifunctional flexible devices for healthcare” 的綜述文章，系統地總結了用于健康監(jiān)測的、優(yōu)異性能及應用研究進展。首先重點介紹了典型導電材料的選擇和具體的結構設計。其次，深入研究了典型柔性器件的優(yōu)異性能，例如自愈能力、保形粘附、透氣性和抗菌特性。然后，重點介紹了多功能柔性器件在健康監(jiān)測領域的代表性應用，包括應變傳感器，溫度傳感器，電生理信號電極，閉環(huán)傳感治療平臺以及自供電系統等。最后，討論了可穿戴柔性器件的未來挑戰(zhàn)和前景，旨在推進柔性電子器件的進步與應用發(fā)展，促進多功能柔性器件的進步并加速其商業(yè)化。

圖1. 多功能柔性器件的最新進展

  導電納米材料和工程設計的最新進展為生物電子學從剛性和笨重轉變?yōu)槿彳浐洼p便鋪平了道路。金屬和碳基納米材料因其出色的柔韌性和導電性而被廣泛研究和利用。另外，為了進一步提升柔性器件的柔韌性和拉伸性能，通常會設計各類工程結構，如蛇紋石、納米網格和折紙圖案等，以實現器件拉伸性能的進一步提升。

圖2. 基于金屬納米材料的代表性器件

圖3. 基于碳納米材料的代表性器件

圖4. 具有不同結構設計的柔性器件

  多功能的柔性器件具有多重優(yōu)異性能，在此，對于典型的性能進行總結，并對性能提升機制進行討論與分析。

  增加界面附著力的通用方法可分為三類：(1)制備厚度極薄的薄膜，通過純范德華力粘附在界面上；(2)引入官能團，使其與胺/巰基形成共價鍵或者在界面間形成非共價相互作用（如氫鍵、金屬配位和π?π堆疊）；(3)構建特定的表面結構，以獲得長期的干附著力。

圖5. 提高柔性器件粘附力的策略：官能團的引入

圖6. 提高柔性器件粘附力的策略：官能團的引入

圖7. 提高柔性器件粘附力的策略：仿生結構

  考慮到在使用過程中人體皮膚上的汗液積累，會降低多功能柔性裝置的粘附性和保形能力。因此，制備高透氣性的柔性器件對于提升器件的壽命及佩戴舒適性是非常有必要的。靜電紡絲及呼吸圖法都是是制備高透氣性器件的有效方法。

圖8. 提高柔性器件透氣性的策略：靜電紡絲

圖9. 提高柔性器件透氣性的策略：呼吸圖法（BFM）

  磨損和劃傷等機械損傷會導致器件功能和使用壽命的不可逆轉損失。因此，柔性器件的自愈能力保證了其在機械損傷后關鍵功能的恢復，對于提升器件的可持續(xù)性和耐久性具有重要意義。目前，制備自愈材料的策略主要是通過超分子相互作用，包括氫鍵、π-π堆疊、離子相互作用、金屬-配體相互作用和動態(tài)共價鍵等。在常見環(huán)境條件下具有高反應性和快速愈合的材料的發(fā)展為多功能電子器件的發(fā)展鋪平了道路。

圖10. 增強柔性器件自愈性的策略

  由于可穿戴器件在長期使用過程中直接放置在皮膚表面，因此需要保持抗菌性能，以避免皮膚不適等癥狀。可以引入廣譜抗菌劑劑，例如具有抗菌性能的金屬和金屬氧化物，賦予器件優(yōu)異的抗菌性能。除了使用抗菌劑外，改變細菌的生存環(huán)境，如溫度和pH值，也是降低細菌存活率的有效方式。除此之外，電刺激也可以實現器件的抗菌性能。并且，通過將藥物治療與電刺激聯合使用可以增強起抗菌性能，顯示出良好的協同作用。

圖11. 具有抗菌性能的柔性器件

  具有防水性的多功能柔性電子器件可以在淋浴、淋雨、游泳等場景下中使用，拓寬器件的使用場景并且避免因汗液沉積導致的皮炎等問題。通過構建具有不對稱潤濕性的材料，提升定向輸水的能力，可以提升器件的防水性，同時，構建疏水隔水層也是一種有效的方式。

圖12. 防水的柔性器件

  由于柔性器件具有良好的力學性能、導電性和可調的粘附性，在健康監(jiān)測領域有著廣泛的應用前景，可以廣泛應用于各種類型生理信號的監(jiān)測，包括電生理信號，溫度和應變等生物物理信號，以及關鍵的化學生物標志物（代謝物，電解質和生物分子）。并且可以通過閉環(huán)傳感和治療系統實現監(jiān)測和治療的一體化，這是向個性化醫(yī)療管理邁出的一大步。此外，為了考慮器件的實用性和一體化，利用人體體液和運動能量來實現可穿戴設備的自主供電，為設備的小型化、輕量化和能量利用提供了新的思路。最后，對人類所生活的環(huán)境監(jiān)測也對人體健康有重要的影響，因此，總結了各類的柔性器件如下。

圖13. 監(jiān)測電生理信號的柔性器件

圖14. 柔性器件在溫度、應變等物理信號監(jiān)測中的應用

圖15. 柔性器件在生化信號監(jiān)測中的應用

圖16. 閉環(huán)傳感與治療

圖17. 柔性器件在能源領域的應用

圖18. 柔性器件在環(huán)境監(jiān)測中的應用

  多功能柔性裝置近年來發(fā)展迅速，為未來實現個性化醫(yī)療提供了一個有希望的方向。本文從活性材料（結構）的選擇、多種性能和典型應用三個方面綜述了多功能柔性器件的最新進展。首先，介紹了制備多功能柔性器件的活性材料，包括金屬納米材料和碳基材料。其次，從機理到代表性實例，深入探討了粘附性、透氣性、防水性、抗菌性和自愈性等性能，因為這些性能對提高多功能柔性器件的綜合性能和應用范圍具有重要意義。最后，總結了多功能柔性醫(yī)療器械的典型應用。雖然已經取得了實質性的進展，但在實際應用中仍然存在許多挑戰(zhàn)：厚度與理想性能之間的平衡，集成化的進一步發(fā)展，個性化醫(yī)療系統的建立，穩(wěn)定性與耐久性的提升，生物相容性與環(huán)境友好的要求以及從實驗室到大規(guī)模生產商業(yè)化的跨越。盡管挑戰(zhàn)仍然存在，但隨著工藝和材料優(yōu)化，多功能柔性器件將加速從實驗室走向自供電智能商業(yè)化，應用于個性化醫(yī)療。

  文獻信息：Materials, structure design, performances of multifunctional flexible devices for healthcare, Progress in Materials Science, 2025, 148, 101491 . 

  https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101491