南方科技大學郭傳飛團隊?NatureCommun.

　　近日，南方科技大學材料科學與工程系教授郭傳飛團隊在柔性傳感技術研究方面取得進展。該團隊提出了“皮膚-電極界面傳感模式”，通過簡單地在皮膚表面貼附電極即可實現高靈敏度、高分辨率的觸覺傳感功能，為人體表皮傳感技術和可穿戴電子技術領域提供了一種全新的思路，相關論文以“Skin-Electrode Iontronic Interface for Mechanosensing”為題發表在學術期刊Nature Communications。

　　人體皮膚具有觸覺感知功能，可以感受到外界的力刺激，是人類與外界交互的重要器官。然而，一部分人群可能因為患病或神經受損等原因喪失部分觸覺功能，因此，需要開發一種表皮傳感器件，幫助觸覺功能障礙的人群恢復觸覺。除了以上需求，人類還需要表皮電子器件或可穿戴設備采集人體生理信號，以實時監測人體健康狀態。但已有的傳感器通常為多層結構，其中一種靈敏度極高的離-電型器件通常需要用到一層離子凝膠或水凝膠材料，這層離子材料可以和電極之間形成雙電層，從而提供極高的界面電容密度。但是，離子凝膠往往具有毒性，而水凝膠則容易脫水。此外，多層的器件結構難以在皮膚上長期穩定貼附，透氣性不好，可能會帶來皮膚炎癥等問題。因此，在人體表面貼附電子皮膚往往不具有實用性。

　　研究團隊提出的“皮膚-電極界面傳感”概念，直接用人體皮膚作為觸覺傳感器的活性材料。人體皮膚是一種天然水凝膠，它能長期保持穩定的離子導電性。通常，人體皮膚表面的多孔角質層和汗液形成一層天然的含水多孔結構。當電極與皮膚接觸時，電極中的自由電子和皮膚汗液里的離子可形成離-電界面，其電容的大小由電極和皮膚的接觸面積決定。因此，在上述電極中引入微結構，其受壓電極和皮膚之間發生接觸面積變化，通過測量電容即可獲取壓力信息。

　　這種皮膚-電極界面傳感結構的靈敏度最高可達到11.8 kPa-1，超過了多數報道的電子皮膚。這使得它能夠靈敏地感應體外的壓力刺激信息以及人體內微弱的生理信號，例如，它可以探測到指尖脈搏中豐富的細節信息。這種傳感器的信號非常穩定，即使出汗也能準確地測出脈搏信號。另外，這種傳感器具有很好的抗干擾能力，日常運動包括走路和擺臂都不會影響壓力信號的提取，相反，器件還能記錄到人體的運動信息。

　　此外，這種皮膚-電極界面傳感模式也可以用于可穿戴設備。團隊設計了一個基于這種界面傳感原理的智能手套，它可靈敏地測試出抓取過程中手指和手掌各部分的壓力分布。這種智能手套有望用來幫助觸覺功能障礙的人群恢復觸覺功能。

　　南科大材料科學與工程系研究助理朱胖、碩士生侯星宇，以及來自于麻省理工學院機械工程系博士生杜匯豐為該論文的共同第一作者。郭傳飛和麻省理工學院教授方絢萊為文章的共同通訊作者，南科大是論文第一單位。

　　該研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省珠江人才計劃創新與創業團隊、深圳市科創委基礎研究項目等基金的資助。

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-24946-4