仿生多模态调节智能纤维可穿戴呼吸监测系统开发

东华大学教授刘宣勇、副研究员邱家军团队首创了一种模仿两相气泡诱导疑胶界面动态变形的方法，构建了具有周期性异形结构的功能纤维，完成了纤维在人体微环境中对湿度变化的快速响应和水伏能量的采集，为未来开发可穿戴医疗设备和健康监测系统提供了全新的技术路径。最近，相关研究发表在《自然-通信》中。

受蜘蛛喷丝口结构的启发，研究团队制定了独特的汽液二相纺纱系统，通过对气泡流动的精细控制，促使纤维在接触汽液界面时迅速被钙离子交联固化，从而实现结构定型。该方法制备的智能纤维兼具优异的柔性和机械适应性，表面具有独特的不对称润湿性和高效的水分输送能力。实验结果表明，这些智能纤维可以快速响应环境中的湿度等微弱变化，长期稳定地导出水伏电能，为可穿戴传感器提供自供电能力。

进一步，研究小组将e-fiber传感元件与3D打印面罩相结合，实时监测不同的呼吸状态。在此基础上，团队设计并构建了一套集成的呼吸监测和诊疗系统，该系统通过无线网络实时将监测到的呼吸信号传输到手机或计算终端，从而具有远程诊断和智能干预的能力。同时，智能口罩可以紧密贴合佩戴者的面部，多腔室结构固定纤维传感模块，便于更换。在检测过程中，该系统成功区分并记录了正常呼吸、运动后呼吸和阻塞性呼吸暂停。

研究小组表示，这项工作不仅突破了传统纤维组织制造的技术瓶颈，还构建了可编程的智能纺织品和仿生医疗材料。目前，研究小组已经将这种方法应用于包括海藻酸钠、羧甲基纤维素和聚乙烯醇在内的各种纺纱系统，展示了方法的实用性和可扩展性，为软性水伏能源和多种耦合传感平台的发展提供了新的理论依据和技术保障。