1、西北工业大学黄维院士等人Adv. Mater.：超高机械强度且可拉伸的纤维传感器用于可穿戴智能医疗

柔性可穿戴电子系统作为新型的便携式电子设备，在人机交互、人体状态监测、医疗保健等领域具有广泛的应用。性能优越的可穿戴电子系统通常需要坚韧的材料来保证其耐用性和稳定性。由于纤维状的电子材料更易于集成到可穿戴设备中，且具有优良的结构灵活性，从而成为可穿戴电子系统中必不可少的基本组件。但是，提高电子材料的导电性会降低其拉伸性能，而提高导电材料的拉伸性能又会降低其机械强度。因此，制备兼具较高机械强度和优异拉伸性能的纤维材料仍然具有很大的挑战性。

鉴于此，西北工业大学黄维院士团队王学文教授与北京理工大学宋维涛教授合作，报道了一种可用于人体健康监测的柔性纤维应变传感器。在这项工作中，研发团队巧妙地利用外层与内芯力学性能耦合的策略，采用静电纺丝的方法从合成的PU溶液中构建纳米纤维，纳米纤维的直径为20 nm ~ 1 μm。将高强度、高弹性的新型聚氨酯（PU）作为导电纤维传感器的内芯，极大的增强了纤维应变传感器的力学性能。

纤维具有29.8 MPa的强拉伸强度和≈800%的大拉伸能力，实现了同时具备高力学强度和优异拉伸性能的柔性纤维传感器，解决了机械性能与拉伸性能难以兼容的难题。此外，还利用静电纺丝技术实现了不同直径纤维传感器的可控制备，并通过微纤维网络结构以及封装层的共同作用，极大的降低了纤维传感器的恢复迟滞性。相关研究成果以“Ultra-Robust and Extensible Fibrous Mechanical Sensors for Wearable Smart Healthcare”为题目发表于期刊《Advanced Materials》上。

图 1. PU 基导电微纤维的合成和表征。a) 聚氨酯弹性体制备示意图。b) 通过静电纺丝制备 PU 薄膜的过程图像和 PU 薄膜的 SEM 图像。c) 由直径为 50 μm 的 PU 纤维举起的 10 g 重量。d) PU纤维的力学性能和纤维在不同拉伸状态下的图像。e) 纤维应变示意图传感器，包括 PU 基础、Eco/CNT 导电层和 Ecoflex 封装层。f) 光纤传感器的横截面光学显微镜图像。g) 纤维横截面的应变水平模拟图。

本研究开发的超强(≈17.6 MPa)和可拉伸(≈700%)导电纤维，并展示了其在纤维机械传感器制造中的应用。机械传感器对应变的检测灵敏度高，同时具有较高的应变分辨率和较大的检测范围(0.0075% ~ 400%)。此外，还可以检测到0 ~ 40hz之间的低频振动。

该研究团队研制了一种使用纤维机械传感器的可穿戴智能健康监测系统，该系统能够监测与健康相关的生理信号，包括肌肉运动、身体震颤、手腕脉搏、呼吸、手势和六种身体姿势，以预测和诊断疾病。因此，研究者认为，有望将这种纤维机械传感器缝在衣服上，形成智能电子服装，为评估人体健康提供一种新的途径。

图2. 超强可拉伸纤维应变传感器性能表征及人体健康监测应用。a)人工智能算法辅助的无线可穿戴健康监测预警系统示意图。b)安装在(b)肩上的光纤在不同摆幅下的电阻变化示意图。C)不同弯曲状态下的肘部d)大腿不同提升状态下的胯部。)志愿者在跑步时佩戴8个纤维传感器的图像。f)安装在肩部、肘部、臀部、膝盖的纤维传感器在跑步过程中的阻力变化。

2、北京大学口腔医院卫彦教授团队Adv. Mater.：静电纺新型牙嵌体抗菌材料用于牙齿修复

天然羟基磷灰石（HAP）是牙齿的重要组成部分，具有良好的生物活性、机械刚度和优良的骨传导性。因此，已开发出使用不同生物分子作为仿生支架的人工HAP材料。然而，由于生物模板中不存在长程有序结构，合成HAP的机械性能明显低于天然骨或牙本质。人工HAP生物材料的机械刚度和韧性较低，限制了其在生物医学领域的应用。因此，开发具有长程有序性的新型生物模板以在宏观尺度上诱导 HAP矿物的高密度堆积具有重要的意义。

基于此，北京大学口腔医院卫彦教授课题组报道了一种简单的策略来制造超硬DNA-HAP块状复合材料。静电纺丝DNA-DDAB复合物使矿化模板具有高密度的磷酸盐堆积和较大的比表面积，为HAP矿物提供了大量的成核位点。因此，该DNA模板在宏观尺度上实现了一维和二维HAP矿物的生长。所制备的DNA-HAP复合材料的杨氏模量约为25 GPa，优于大多数人工HAP材料。复合材料产生的韧性也使它们具有柔性，可以进行加工。因此，利用该材料制备了一种新型的牙嵌体DNA-HAP。此外，包覆的DDAB季铵盐基团使口腔修复材料具有持久的、局部的抗菌活性。因此，这种新型的超硬生物材料在口腔修复应用中具有巨大的应用潜力。相关研究成果以“Engineering DNA-Guided Hydroxyapatite Bulk Materials with High Stiffness and Outstanding Antimicrobial Ability for Dental Inlay Applications”为题目发表在期刊《Advanced Materials》上。

图 1. DNA-羟基磷灰石 (HAP) 复合材料的制造和表征。

图2 DNA-HAP薄膜的牙齿修复应用和抗菌活性。

该研究实现了以DNA模板为指导的HAP制备，为下一代牙嵌体提供了一种很有前景的材料，对牙齿修复具有重要意义。此外，基于DNA-HAP复合材料非凡的机械性能和可定制性，这项工作中制造的人工HAP材料可能会扩展到例如骨再生和修复等其他生物医学应用。