大力发展健康监测、全方位保障人民健康是现阶段国家的重大战略需求,将其与可穿戴技术这一世界科技前沿结合,开发可穿戴智能柔性传感平台,实现个体健康监测,对于疾病防控、提高人类生活质量和健康水平具有重要意义。作为可穿戴传感的核心,柔性传感器件具有轻薄、贴肤、可变形的特点,成为近年来学术领域的研究热点。不过,现阶段柔性器件研究仍面临器件-皮肤之间耦合机制不明、器件穿戴舒适度不佳、力学稳定性不足、多功能集成度不高、人-机黏附不强等挑战。针对以上问题,本团队在课题开展中遵循“基础理论-技术开发-应用推广”的学术思路,围绕柔性传感器件与人体皮肤力-生物-功能多维度耦合的核心科学问题,交叉融合固体力学、材料学、电子学、生物医学等学科知识,从力学结构设计、功能材料制备、柔性器件开发、健康监测应用四个方面,开展了柔性传感器件开发及其可穿戴应用的研究(图1)。
图1 学术思路
具体研究内容围绕以下几个方面展开(图2):(1)理论建立:基于团队前期在皮肤组织热-力-电多场耦合研究中的坚实基础,建立皮肤疼痛的数理模型,探索柔性器件与人体皮肤的多维度耦合机制,评估器件穿戴舒适度,指导器件开发设计中的材料选择;(2)平台开发:面向世界科技前沿,开发类皮肤柔性电子与微针贴片两大传感平台,通过人体正常的传导、代谢,于体表、皮下对物理、电生理、生化指标进行采集分析,并以开发”诊疗一体化“技术为下一目标;(3)器件设计:基于生物友好、黏附性佳的基底、界面材料(如水凝胶),结合新型功能材料、力学结构设计与先进制造工艺,开发高性能、集成化的传感器件;(4)功能应用:深入了解临床需求,搭建面向人体健康指标监测的类皮肤柔性传感平台,探索其在可穿戴运动监测与慢病管理中的应用前景。
图2 研究内容