1.熔融靜電紡絲技術制有序TPU微纖維網

汗液傳感器的按需檢測是實現劇烈運動場景下汗液監測的核心，汗液可控采樣結構的設計與便捷制造具有重大意義和挑戰性。近日，廈門大學航空航天學院鄭高峰副教授團隊采用可控熔融靜電紡絲技術制備了疏水熱塑性聚氨酯（TPU）柔性微纖維網作為汗液采樣層，實現比色汗液傳感器的按需檢測。

研究者通過對TPU微纖維的立體成型和精確控制，實現纖維網膜透水的“通”、“斷”狀態的門控功能，提高了比色汗液傳感器的使用效率（22倍）和穩定性（418%），可滿足穿戴汗傳感器在劇烈運動中的舒適性和適用性的使用需求。相關工作以 “Melt Electrowriting Ordered TPU Microfibrous Mesh for On-Demand Colorimetric Wearable Sweat Detection” 為題發表于國際重要期刊《IEEE Sensors Journal》（影響因子4.325，JCR升級版2區，中國儀器儀表學會推薦T1期刊）。

2.研究創新點

研究者引入微鞘氣聚焦以消除TPU射流在電場下的螺旋鞭動過程，并研究了精確定點沉積和立體成型（圖1a），實現纖維直寫網格孔徑與堆疊層數精確控制(圖1b)，增加了TPU微纖維網的厚度和均勻性（圖1c），均勻度提升了359%。TPU微纖維網具有很強的彈性，能夠輕易地折疊和無損恢復（圖1d），貼膚性良好從而保證汗液檢測過程的穩定性。此外，研究者對TPU微纖維網的液體定向傳輸能力和透水門控能力進行研究。當汗液較少而不足以突破疏水性采樣層時，親水試紙無法接觸汗液，檢測過程無法啟動；當汗液增多突破采樣層時，親水試紙得以接觸汗液，啟動檢測過程（圖1e）。有序TPU微纖維網孔徑和厚度均勻，能保證穩定的透水門控功能。進一步研究了汗液按需檢測能力：有序微纖維網平均生效時間為44.38 min，與期望時間（45 min）的平均誤差僅為1.1 min；而無序微纖維網平均生效時間為35.76 min，與期望時間的平均誤差高達4.6 min；僅含有試紙時，平均生效時間為2.42 min，遠遠少于期望時間（圖1f）。所制備的汗液傳感器可按需要調整生效時間，當汗液傳感器生效就意味著運動量已達到標準，運動者可以根據實時檢測結果進行鍛煉或休息安排，以確保人身安全。該研究成果為可控檢測柔性傳感器件的開發提供了一種新的思路與方法，有助于穿戴電子技術的發展具有重要的理論研究與工程應用價值。

圖1 有序TPU微纖維網的熔融電紡制備、形貌、參數與按需汗液檢測原理

3.研究團隊介紹

廈門大學航空航天學院儀器與電氣系鄭高峰副教授為論文通訊作者，廈門大學航空航天學院儀器與電氣系博士研究生邵尊桂為論文第一作者，研究工作得到了廈門大學航空航天學院儀器與電氣系劉益芳副教授和廈門理工學院李文望教授、王翔副教授、姜佳昕老師的指導，參與論文研究工作的還有廈門大學航空航天學院儀器與電氣系研究生陳華壇、王青峰、康國毅。本研究工作得到了國家自然科學基金項目(51805460)，福建省科技計劃項目(2020H6003, 2021J011196, 2022H6036)，廣東省自然科學基金(2022A1515010923, 2022A1515010949)等資助和支持。

引用：https://ieeexplore.ieee.org/document/9864139

原文來源：廈門大學航天航空學院