日前，中山大学发布科技成果转化公示，学校拟将“电子皮肤的实现方法及生理信号监测系统”这一成果以协议定价方式转让给南京悦宇辰科技有限公司。转让金额为5万元，发明人为吴进与罗艺冰。
图片来自中山大学官网
该专利主要提供了一种抗机械形变且无信号串扰的柔性多功能电子皮肤，通过构建“聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）刚性岛与聚二甲基硅氧烷（PDMS）柔性桥”的底层结构并结合硅烷化化学锚定，配合多层水凝胶敏感薄膜与信号解耦算法，实现对人体体温、体表湿度以及经皮氧分压（TcPO2）等多种生理信号在动态运动下的高精度、无干扰连续监测。
在现代慢性病管理体系中，对患者关键生理指标的持续监控与长程数据分析是决定预后效果的核心环节。以糖尿病足溃疡合并下肢血管病变为例，这是一种在临床中极为常见且多发的严重并发症，由于长期高血糖导致的微血管病变与神经病变，患者下肢极易出现难以愈合的慢性创面乃至坏疽。在这一疾病的精准评估与保肢治疗中，单纯的宏观大血管检查往往不够，临床迫切需要对患处局部的微循环供血状态进行极其精细的量化评估。
TcPO2作为一种能够无创、客观反映局部组织微循环氧供状态的核心量化指标，在预测糖尿病足溃疡愈合概率、辅助制定截肢平面以及评估高压氧等局部治疗疗效方面具有不可替代的临床价值。除糖尿病足外，体温、体表湿度与呼出气湿度的连续变化也是慢性下肢重度缺血、阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征等慢病患者关键的体征信号。然而，传统的医疗监测设备大多采用刚性结构，体积庞大且必须在特定的医疗场所内使用，不仅无法实现院外的全天候病情监控，其僵硬的材质也易对创周皮肤造成二次机械损伤。
为了突破传统医疗设备的物理形态限制，可贴附于人体表面的柔性电子皮肤应运而生。电子皮肤作为一种模拟人类触觉与感知系统的柔性传感器网络，通过附着在皮肤表面，能够实时感知压力、温度、湿度及生化信号，是当前可穿戴医疗设备的前沿形态。其中，导电水凝胶因其具有出色的离子导电性、高透明度以及与人体组织极佳的生物相容性，成为了制备多功能柔性传感器的明星候选材料。
但是，水凝胶材料在迈向真实医疗场景时面临着底层的物理与化学应用壁垒。首先是“应变敏感性”导致的信号失稳问题。由于水凝胶具有高可拉伸性，当患者进行日常活动导致皮肤发生机械变形时，水凝胶的电导率会随之发生改变，一定程度上影响了传感器在动态状态下输出数据的稳定性和准确性。其次是“多重刺激串扰”问题。由于水凝胶的含水性质等物理属性，其传感性能容易同时受到温度、环境湿度等多重因素的耦合干扰。当传感器试图同时连续测定体温、湿度和经皮氧分压时，不同刺激源之间的交叉干扰会使得准确分离单一指标变得十分复杂，构成了水凝胶多功能传感器走向临床实际应用的障碍。
面对柔性传感器在拉伸应变和信号串扰上的应用难点，研发团队从力学结构和传感机制两个维度进行了创新。为解决机械拉伸导致的信号变化，团队引入了“岛桥结构”的传感平台。该平台由弹性模量差异较大的两种材料组成：具备可拉伸性的PDMS作为连接的“桥区”，不可拉伸的刚性PET薄膜作为承载传感单元的“岛区”。当器件发生拉伸形变时，桥区长度沿拉伸方向增大，而岛区大小保持不变，从而使岛区上的传感单元能够免受拉伸应变的影响。
然而，由于模量不匹配，直接将两种材料贴合易导致岛区脱落。为此，团队通过表面处理加强了材料间的化学锚定。他们对PDMS和PET表面进行空气等离子体处理，并利用硅烷偶联剂（APTES）对PET进行了官能化处理。随后使用Dragon Skin（DS）预聚物将两者粘连，使其形成共价硅氧烷键，从而显著增强了结合力。实验测试显示，在50%应变的动态拉伸下，传感器电阻保持稳定，有效避免了结构的撕裂与脱落。
针对多重信号串扰问题，该技术结合物理隔离与差异化传感机制实现了自校准传感。在材料选择上，采用PAM/Carr-LiBr水凝胶薄膜作为核心敏感层。传感平台被设计为三层结构：第一和第三层分别用于探测空气和接触皮肤表面的湿度与氧气，中间的第二层用于测量体温。这种分层设计利用第一和第三层的PDMS在物理上隔离了湿度和氧气对体温探测的干扰。同时，团队针对不同目标施加了不同的电信号：温度和湿度传感单元分别采用不同参数的交流电，氧气传感单元则采用直流信号。
实验测试表明，在此机制下，温度传感单元对氧气和湿度不敏感；湿度传感单元能抵抗氧气干扰，但其电导会受温度影响；而氧气传感单元则同时受环境温度和湿度的影响。基于此响应规律，系统建立了解耦机制：首先利用不受干扰的温度传感单元获取准确的温度测量结果；然后利用温度结果结合温度-湿度响应复合图，对湿度信号进行解耦校准；最后，根据已获取的温度和湿度数据，进一步对氧气传感单元进行解耦。这种自校准机制有效排除了多种刺激源间的相互影响，实现了对多项生理信号的准确监测。
将视野投向全球体外诊断与数字医疗大生态，柔性电子皮肤与可穿戴医疗设备正处于从“运动健康消费品”向“严肃医疗级监护设备”迈进的关键转化阶段。
早期以Apple Watch为代表的智能穿戴设备主要依赖光学与光电容积脉搏波描记法来获取心率、血氧等基础物理体征。
随着材料科学的演进，柔性电子皮肤赛道涌现出了一批极具实力的专业级医疗创新企业。例如，全球柔性电子领域的先驱企业MC10，曾凭借其标志性的BioStamp柔性贴片在全球医疗界获得了广泛关注。BioStamp通过将超薄的硅胶基底与蛇形金属导线结合，高度贴合人体轮廓，实现了对心电图、肌电图以及高精度运动姿态的低负荷连续监测。
在国内市场，诸如维灵（VivaLNK）等企业也已经推出了获得美国FDA及中国NMPA双重医疗器械认证的柔性体温与心电贴片，这些产品通过“柔性基底+刚性微型芯片岛”的封装工艺，已经应用于医院的传染病房及重症监护室的连续体征网络中。
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