深圳大学开发摩擦电纺织传感器 用于实时步态分析
摩擦纳米发电机（TEGN）凭借其结构简单、体积小和轻量化的特点，成为可穿戴传感器领域的优选方案。尤其是基于织物结构的TENG，进一步提升了穿戴舒适性与柔韧性，为无创生理信号监测开辟了新路径。以芯壳结构纱线为特征的织物型TENG与传统织物具有良好的兼容性，但传统制备工艺如同轴纺丝、涂层、覆膜及包纱等，常常导致芯层导电纤维与壳层摩擦材料之间的结合不牢固，从而引发芯壳间电阻升高、电荷泄漏，以及在受力时易发生滑移脱落等问题，影响了整体的灵敏度与稳定性。
为解决上述技术瓶颈，深圳大学微流控与软物质课题组的孟思副研究员、孔湉湉教授以及刘洲研究员联合提出了一种创新方法：采用同轴共轭静电纺丝结合导电黏合剂涂层工艺，成功实现了大规模制备高灵敏度、高稳定性、柔软灵活且适用于多种纺织结构的芯—壳纳米纤维同轴纱线（NCYs），并将其拓展至人体各部位的生理信号监测。
研究团队采用PA66和PVDF-TrFE作为摩擦带电性能不同的壳层材料，柔性不锈钢纤维作为芯层材料，在同轴共轭静电纺丝过程中同步引入导电黏合剂涂层工艺。该涂层由PVA提供粘性，液态金属增强导电性，银纳米线则作为抗菌成分，有效提升了结构稳定性和电输出效率。利用该方法，团队实现了高柔韧性、高适应性的NCYs的批量生产。
受益于NCYs良好的织物兼容性，研究人员通过常规织机制备出平纹结构的NCY-TENG，并对其在人体运动监测中的表现进行了测试。测试覆盖了1~3.5 Hz的典型步态频率范围，结果表明，该织物在0.5~3.5 Hz频率范围内能够持续输出稳定、清晰的电信号，验证了其在步态监测中的可行性。
此外，NCY-TENG还表现出对足底压力变化的敏感响应，能够在不同压力条件下生成电压信号，满足步态分析的需求。研究人员进一步拓展了NCYs的应用形式，尝试了加捻纱、编织纱和罗纹织物等不同结构形式的纺织品。
- 在加捻纱结构中，NCY-TENG表现出较高的灵敏度，适合用于监测如颈部吞咽等细微动作。
- 编织纱则具备更广的应力检测范围，适用于跟踪手指等小关节的运动。
- 罗纹针织结构的NCY-TENG虽然灵敏度略低，但具备良好的拉伸性能，可有效监测肘部等大关节的活动。研究人员已成功将其集成至市售肘部保护套中，实现了对不同角度弯曲的精准识别。
针对步态监测需求，研究团队选用了结构平整且灵敏度高的平纹NCY-TENG作为智能鞋垫的核心单元，并在足部关键压力点布置15个监测单元。通过穿戴该智能鞋垫进行多种站立与行走测试，研究人员验证了其在不同步态条件下对足底压力分布的准确识别能力。平纹NCY-TENG具备优异的透气性、耐洗性与抗菌性能，在可穿戴步态监测领域展现出广阔前景，特别是在糖尿病足的早期检测与康复评估中。
审核编辑：黄宇