近日，中国科学技术大学工程科学学院文莉副教授课题组在电子皮肤透气性、自粘附性和定向驱水协同研究方面取得新进展，提出了一种用于电子皮肤的双层自粘附透气Janus纤维膜（SABJFM），实现了优异的透气性、自粘附性和定向驱湿除汗能力，提升了电子皮肤器件在运动或长时间佩戴应用时的舒适性、稳定性和可靠性。相关研究成果以“A Self-Adhesive Breathable Janus Fibrous Membrane for Electronic Skins with Long-Term Comfort and Reliability”为题，发表于国际知名学术期刊《Chemical Engineering Journal》上。
图：SABJFM基底的设计加工及其在电子皮肤健康监测中的应用
电子皮肤在健康监测、疾病诊断和人机交互等领域展现出巨大潜力。然而，传统的弹性薄膜基底缺乏透气性和导湿性，长期佩戴会导致汗液积聚，不仅引发皮肤炎症，还会导致信号失真。虽然现有的多孔透气膜改善了舒适度，但往往缺乏内在的自粘附性，需要额外的胶带固定，这又引入了新的透气性问题和界面不稳定性。如何在保证透气导湿的同时实现可靠的自粘附，一直是电子皮肤领域亟待解决的难题。针对上述挑战，研究团队利用静电纺丝技术成功研制出双层自粘附透气Janus纤维膜（SABJFM），该薄膜由亲水性的水解聚丙烯腈（HPAN）层和疏水粘附性的热塑性聚氨酯/压敏胶（TPU/PSA）层组成。该研究创新性地将压敏胶引入静电纺丝工艺，构建了兼具疏水性和自粘附性的微纤维层，这不仅赋予了薄膜直接粘附皮肤的能力，还通过微纳孔隙结构和润湿性梯度，实现了汗液的“反重力”定向传输。实验表明，SABJFM能够迅速将皮肤表面的汗液泵送到外部亲水层并快速蒸发，即使在剧烈运动出汗的情况下也能保持皮肤干爽，同时防止汗液回流。与传统的医用胶带和商用薄膜（如PDMS、TPU等）相比，SABJFM展现了优异的透气性（WVTR约为167.75 g m⁻² h⁻¹）和湿润环境下的稳定粘附力。
基于SABJFM基底，研究团队进一步开发了高性能的电子皮肤电极和压力传感器。在心电（ECG）和肌电（EMG）监测中，SABJFM基电极在干、湿皮肤条件下均表现出优于商用Ag/AgCl凝胶电极的信号质量和基线稳定性，有效解决了运动出汗导致的电极脱落和信号伪影问题。此外，基于SABJFM的MXene复合压力传感器具有高灵敏度和快速响应能力，成功实现了对人体脉搏、呼吸和关节运动的实时监测。该工作为开发兼具舒适性、稳定性和高性能的下一代电子皮肤提供了一种简单而通用的电子皮肤基底，在长期健康监测和运动管理等领域具有广阔的应用前景。
硕士生李竞捷和杨灿然为该论文的共同第一作者，文莉副教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学技术大学“双一流”建设专项资金和中国科学技术大学大学生创新创业基金的支持。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725076971
（精密机械与精密仪器系）