可穿戴设备正朝着“更薄、更软、更无感”发展。但现实挑战也很突出：器件越薄、越贴肤，就越容易在运动摩擦、出汗清洗等日常场景中出现附着不牢、信号漂移、寿命不稳定等问题。如何在不增加佩戴负担的前提下，让器件在皮肤上“贴得住、用得久、信号还稳定”，是无感可穿戴走向真实应用的关键。静电纺丝技术由于能够构筑超薄、高比表面积、强贴附的纳米纤维网络，被认为是构建新型皮肤界面器件的重要路线之一。但如何把静电纺丝纤维结构真正做成可长期贴肤、可稳定采集/输出信号的“原位功能层”，仍需要系统性设计与验证。

近日，青岛大学物理科学学院王晓雄教授团队联合中国人民解放军总医院（第四医学中心）陈磊主任团队在《Chemical Engineering Journal》发表研究论文 “Stratum corneum triboelectric nanogenerator”。第一作者为青岛大学翟维浩，通讯作者为王晓雄教授、陈磊主任。研究以静电纺丝构筑的“电子纹身”面内电极为核心，利用皮肤角质层这一天然介电组织，构建了可与日常衣物摩擦协同工作的贴肤系统，并拓展到运动健康监测、经皮给药促进及电针治疗等应用。

图1：基于电子纹身贴片的角质层摩擦纳米发电机结构设计

该研究提出的 S-TENG 系统以人体皮肤角质层与常见服装材料尼龙之间的摩擦起电为基础，通过静电纺丝制备的聚乙烯醇（PVA）纳米纤维膜构筑电子纹身贴片，并在其表面沉积银颗粒形成面内电极结构（图1a–d），实现对皮肤侧电荷的高效收集。静电纺丝形成的 PVA 纤维网络不仅为银电极提供了柔性、超薄的承载基底，还赋予贴片良好的透气性，有利于长期贴肤佩戴。

在使用过程中，PVA 纳米纤维膜在水溶作用下逐渐溶解，使银电极能够与皮肤表面形成更加紧密、均匀的贴合界面；同时，研究团队引入分形几何结构的面内银电极设计，有效解决了传统摩擦纳米发电机中“皮肤背电极难以构建”的问题，使皮肤角质层得以作为天然摩擦层直接参与能量转换过程。实验结果表明（图1e–h），该电子纹身贴片在皮肤表面表现出优异的附着性能，在不同剥离速度与压力条件下，其电极脱落率显著低于传统导电胶带，满足长期、无感佩戴的应用需求。

图2：S-TENG 输出性能与稳定性表征

图3：基于 S-TENG 的肌腱恢复状态监测

图4: S-TENG 驱动的电刺激促进经皮给药机理验证

图5：电刺激作用下药物在生物皮肤中的渗透增强效果

图6：基于 S-TENG 的电荷平衡电针系统及安全性优势

研究团队进一步探索了 S-TENG 在电针治疗领域中的应用潜力。传统电针通常依赖外接电源，其输出电流易受器件老化、电路参数漂移及电解反应影响，可能导致刺激强度失控，甚至引发电化学污染和组织不适。相比之下，S-TENG 的工作机理基于摩擦起电与静电感应耦合，其输出电荷在一个完整工作周期内呈现零—正—零的对称变化特征，天然具备电荷动态平衡能力。

体液模拟电解实验结果显示，在传统电针条件下，电解液中电荷与电流随时间持续累积（图6a–d），而在 S-TENG 驱动下，系统的净电荷与净电流波动显著减小（图6e–h），表现出优异的稳定性。进一步的透光率测试与能谱分析表明，传统电针电解后溶液中出现明显的铁、铬等金属杂质沉积，而 S-TENG 驱动的电针系统几乎不产生可检测的金属析出（图6i–l）。该结果充分证明，基于摩擦纳米发电机的电针系统能够在保证刺激效果的同时，有效避免电化学污染风险，为安全、温和的电针治疗提供了一种全新的自供能技术路径。

图7：电子纹身贴片的生物相容性与抗菌性能

展望: 本研究基于静电纺丝构筑的 PVA 纳米纤维电子纹身贴片，利用其水溶与多孔纤维结构特性，实现了功能银电极与皮肤的紧密贴合与良好透气性，使皮肤角质层得以作为原位功能界面直接参与器件工作，为无感可穿戴器件中应力失配与长期稳定性之间的矛盾提供了一种有效解决思路。

未来，随着静电纺丝纤维结构与界面设计的进一步优化，该电子纹身体系有望在运动健康监测、经皮给药促进及温和电刺激治疗等场景中拓展应用边界，为发展更安全、低负担的可穿戴医疗与健康管理技术提供新的可能。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168971

作者简介：

王晓雄，青岛大学教授。2010年毕业于山东大学物理学基地班，2016年毕业于中国科学技术大学，获凝聚态物理博士学位，2019年就职于青岛大学物理科学学院。主要从事自支撑柔性压电材料研究。近年来主持国家自然科学基金、中国科协项目、教育部产学研项目、生物多糖纤维成形与生态纺织国家重点实验室自主课题及青岛市博士后应用研究项目等，在Nature Communications、Nano Energy、ACS Nano、Progress in Materials Science 等杂志以第一作者或通讯作者身份发表SCI论文40余篇，其中包括IF＞10的论文十余篇，被引次数超过3000次，h-因子34，授权国家发明专利10余项。