化学与材料科学
化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。
3525篇原创内容
公众号
人体不断发出的个性化电、机械、热、生理和生化信号，提供了一种客观的方法来评估个人的身体状况，这对于老年人、慢性病患者以及需要准确监测生理信号的特殊群体（如运动员）具有重要意义。而目前基于刚性金属材料开发的智能眼镜、手表、手环等商用可穿戴设备需要额外固定措施、机械性能不匹配导致生理信号监测和收集不准确、还会出现皮肤炎症风险等缺点。柔性电子设备有助于与人体无缝集成，降低阻抗并提高信号精度，有效地捕获来自人体的各种生物信号，并有效地将其转换为输出电信号。
鉴于此，近日，福州大学赖跃坤、黄剑莹教授，新加坡国立大学林志群教授，清华大学危岩教授和安徽农业大学朱天雪教授在Progress in Materials Science期刊上发表了题为“Materials, structure design, performances of multifunctional flexible devices for healthcare” 的综述文章，系统地总结了用于健康监测的、优异性能及应用研究进展。首先重点介绍了典型导电材料的选择和具体的结构设计。其次，深入研究了典型柔性器件的优异性能，例如自愈能力、保形粘附、透气性和抗菌特性。然后，重点介绍了多功能柔性器件在健康监测领域的代表性应用，包括应变传感器，温度传感器，电生理信号电极，闭环传感治疗平台以及自供电系统等。最后，讨论了可穿戴柔性器件的未来挑战和前景，旨在推进柔性电子器件的进步与应用发展，促进多功能柔性器件的进步并加速其商业化。
图1. 多功能柔性器件的最新进展
导电纳米材料和工程设计的最新进展为生物电子学从刚性和笨重转变为柔软和轻便铺平了道路。金属和碳基纳米材料因其出色的柔韧性和导电性而被广泛研究和利用。另外，为了进一步提升柔性器件的柔韧性和拉伸性能，通常会设计各类工程结构，如蛇纹石、纳米网格和折纸图案等，以实现器件拉伸性能的进一步提升。
图2. 基于金属纳米材料的代表性器件
图3. 基于碳纳米材料的代表性器件
图4. 具有不同结构设计的柔性器件
多功能的柔性器件具有多重优异性能，在此，对于典型的性能进行总结，并对性能提升机制进行讨论与分析。
增加界面附着力的通用方法可分为三类：(1)制备厚度极薄的薄膜，通过纯范德华力粘附在界面上；(2)引入官能团，使其与胺/巯基形成共价键或者在界面间形成非共价相互作用（如氢键、金属配位和π−π堆叠）；(3)构建特定的表面结构，以获得长期的干附着力。
图5. 提高柔性器件粘附力的策略：官能团的引入
图6. 提高柔性器件粘附力的策略：官能团的引入
图7. 提高柔性器件粘附力的策略：仿生结构
考虑到在使用过程中人体皮肤上的汗液积累，会降低多功能柔性装置的粘附性和保形能力。因此，制备高透气性的柔性器件对于提升器件的寿命及佩戴舒适性是非常有必要的。静电纺丝及呼吸图法都是是制备高透气性器件的有效方法。
图8. 提高柔性器件透气性的策略：静电纺丝
图9. 提高柔性器件透气性的策略：呼吸图法（BFM）
磨损和划伤等机械损伤会导致器件功能和使用寿命的不可逆转损失。因此，柔性器件的自愈能力保证了其在机械损伤后关键功能的恢复，对于提升器件的可持续性和耐久性具有重要意义。目前，制备自愈材料的策略主要是通过超分子相互作用，包括氢键、π-π堆叠、离子相互作用、金属-配体相互作用和动态共价键等。在常见环境条件下具有高反应性和快速愈合的材料的发展为多功能电子器件的发展铺平了道路。
图10. 增强柔性器件自愈性的策略
由于可穿戴器件在长期使用过程中直接放置在皮肤表面，因此需要保持抗菌性能，以避免皮肤不适等症状。可以引入广谱抗菌剂剂，例如具有抗菌性能的金属和金属氧化物，赋予器件优异的抗菌性能。除了使用抗菌剂外，改变细菌的生存环境，如温度和pH值，也是降低细菌存活率的有效方式。除此之外，电刺激也可以实现器件的抗菌性能。并且，通过将药物治疗与电刺激联合使用可以增强起抗菌性能，显示出良好的协同作用。
图11. 具有抗菌性能的柔性器件
具有防水性的多功能柔性电子器件可以在淋浴、淋雨、游泳等场景下中使用，拓宽器件的使用场景并且避免因汗液沉积导致的皮炎等问题。通过构建具有不对称润湿性的材料，提升定向输水的能力，可以提升器件的防水性，同时，构建疏水隔水层也是一种有效的方式。
图12. 防水的柔性器件
由于柔性器件具有良好的力学性能、导电性和可调的粘附性，在健康监测领域有着广泛的应用前景，可以广泛应用于各种类型生理信号的监测，包括电生理信号，温度和应变等生物物理信号，以及关键的化学生物标志物（代谢物，电解质和生物分子）。并且可以通过闭环传感和治疗系统实现监测和治疗的一体化，这是向个性化医疗管理迈出的一大步。此外，为了考虑器件的实用性和一体化，利用人体体液和运动能量来实现可穿戴设备的自主供电，为设备的小型化、轻量化和能量利用提供了新的思路。最后，对人类所生活的环境监测也对人体健康有重要的影响，因此，总结了各类的柔性器件如下。
图13. 监测电生理信号的柔性器件
图14. 柔性器件在温度、应变等物理信号监测中的应用
图15. 柔性器件在生化信号监测中的应用
图16. 闭环传感与治疗
图17. 柔性器件在能源领域的应用
图18. 柔性器件在环境监测中的应用
多功能柔性装置近年来发展迅速，为未来实现个性化医疗提供了一个有希望的方向。本文从活性材料（结构）的选择、多种性能和典型应用三个方面综述了多功能柔性器件的最新进展。首先，介绍了制备多功能柔性器件的活性材料，包括金属纳米材料和碳基材料。其次，从机理到代表性实例，深入探讨了粘附性、透气性、防水性、抗菌性和自愈性等性能，因为这些性能对提高多功能柔性器件的综合性能和应用范围具有重要意义。最后，总结了多功能柔性医疗器械的典型应用。虽然已经取得了实质性的进展，但在实际应用中仍然存在许多挑战：厚度与理想性能之间的平衡，集成化的进一步发展，个性化医疗系统的建立，稳定性与耐久性的提升，生物相容性与环境友好的要求以及从实验室到大规模生产商业化的跨越。尽管挑战仍然存在，但随着工艺和材料优化，多功能柔性器件将加速从实验室走向自供电智能商业化，应用于个性化医疗。
文献信息：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
相关进展
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
