近日，多孔功能材料创新团队在水合触发型电子皮肤及多模态一体化传感研究方面取得重要进展。相关成果以“A Hydration-Triggered Electronic Skin for Integrated Biomechanical and Non-Invasive Plasmonic Biochemical Sensing”为题，发表于国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子：19.9）。齐鲁工业大学（山东省科学院）为第一署名单位，材料学部2022级硕士研究生穆智美为论文第一作者，梁秀副研究员、香港城市大学雷党愿教授与曾晓成教授为共同通讯作者。

可穿戴电子皮肤是实现人体生理信号无创监测的重要器件。然而，在运动出汗场景下，皮肤-传感器界面处的汗液堆积易导致电极脱附与信号失真，并可能引发皮肤刺激。如何兼顾汗液高效管理、高保真力学/电生理信号采集以及汗液原位生化标志物检测，是当前多功能电子皮肤领域亟待攻克的核心难题。针对上述瓶颈，研究团队基于前期在SERS生物传感器设计及界面分子富集、信号放大识别策略（Rare Metals, 2025, 44(10): 7672-7685；Sensors and Actuators B：Chemical, 2022, 359: 121522；NPG Asia Mater, 2021, 13(1), 8；Analytica Chimica Acta, 2022, 1220: 340023）及多孔等离子光子材料合成、增强机制及光电器件应用（Advanced Functional Materials. 2026, 0: e25115；Carbon Energy, 2024, 1(1): 2310776；Sensors and Actuators B：Chemical, 2021, 333, 129581）等方面的前期积累，选用天然丝素蛋白纳米纤维与银纳米线构筑全纤维结构超薄电子皮肤，巧妙借助水合触发机制，实现了汗液管理、力学传感与表面增强拉曼散射（SERS）生化检测的多功能协同。

图1 HTWB -E-Skin平台用于多模态生物力学与等离子体生化传感

该HTWB-E-Skin电子皮肤平台支持运动自适应十二导联心电（ECG）监测、全身运动感知及语音识别，并可同步实现汗液中尿酸、尿素等临床标志物的无标记SERS检测。整套传感硬件可与无线云心电模块联用，采集的数据通过蓝牙传输至移动终端，以完成生理信号的实时可视化分析。区别于传统依赖复杂微流控的设计思路，该工作利用丝素纤维本征的水响应特性，将汗液从干扰源转化为生化检测的有利介质。 

图2 HTWB -E-Skin的模拟吸水性能与吸湿机制

结合分子动力学模拟与实验验证表明，丝素蛋白非晶区遇水发生构象膨胀，而β-折叠结晶区则维持骨架稳定；纤维毛细通道可实现10秒内快速吸汗，保水率超过600%，有效保证了器件在出汗皮肤表面的稳定贴合。银纳米线同时兼具导电传感、等离子体信号增强及抗菌作用。该器件可显著消除运动引起的心电基线漂移，并精准捕捉多种人体力学信号；同时，依靠毛细输运效应将微量汗液富集至传感热点，实现了对尿酸、尿素的高灵敏无标记检测，并能有效抵御汗液中干扰物的影响。通过高嘌呤高蛋白饮食对照实验，进一步验证了其对人体代谢物动态变化的实时监测能力。

图3 专为十二导联ECG监测-无创、无标记SERS汗液生物传感开发的HTWB -E-Skin电子皮肤多模态应用及综合性能评估

本研究基于天然生物基高分子材料，实现了汗液管理、电生理信号监测与无创生化分析的一体化集成，为个性化健康监测及床旁即时诊断提供了全新解决方案。该工作得到了国家自然科学基金、山东省高等学校青年创新科技支持计划及香港RGC等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.77776