1 工作简介

         ——一种用于柔性、集成透气电子的三维液体二极管

可穿戴电子设备能够持续监测生理信号，如心电、温度、血压等，在早期疾病预测、自我诊断、个性化治疗等领域具有重要应用前景。然而，相对于其力学和电学性能，可穿戴设备的透气性仍不尽如意。较差的透气性导致汗液累积于器件-皮肤界面，不仅造成用户热生理不适，导致皮肤发炎，还会降低器件的信号质量及粘附强度，限制了其长期、精确、稳定的生理信号监测能力。实现高集成可穿戴电子设备的透气性，提升其长期监测能力，是柔性电子领域长期未攻克的难题。

针对现有可穿戴设备透气性差等问题，本工作中，受自然界生物（猪笼草、仙人掌、蜘蛛丝等）特殊表面上液体自发输运现象的启发，香港城市大学生物医学工程系于欣格副教授提出了一种在三维尺度上驱动液体进行自发、定向输运的结构，称为三维液体二极管（3D LD）。通过面内、面外排汗结构的有序集成，3D LD的液体传输速率超过人体正常排汗速率的4000倍。同时，其作为一种通用的透气、透汗衬底材料，可以通过传统加工工艺与高性能柔性电路直接集成，制备兼具高透气性与集成度的可穿戴电子设备。

_{图1. 基于三维液体二极管的柔性、集成透气电子。}用户实验表明，与商业电极贴片和常用的PDMS基底相比，基于3D LD的电极贴片在用户舒适性、长期生物相容性、出汗状态下的粘附性和信号质量等方面都具有更优的表现。

_{图2. 三维液体二极管的舒适性与稳定性研究。}

基于三维液体二极管技术，本工作展示了一种透气、透汗的心电监测贴片，并实现了其在日常活动和运动状态下长达七天的连续心电监测。同时，也将该技术应用于织物集成电子中，设计了一种用于多功能无线环境监测的电子织物。

_{图3. 柔性、透气透汗皮肤与织物集成电子设备。}

总而言之，本文提出了一种用于构建柔性、集成透气电子的普适性策略，实现汗液三维定向高效输运，显著提升了可穿戴设备在长期监测中的用户舒适性、信号准确性以及稳定性，推动了透气电子从概念到实际应用的发展。该技术可以与多种可穿戴技术进行无缝集成，有助于改善可穿戴电子领域的用户体验，有望构建医疗级可穿戴设备，实现人体生理信号的长期连续监测，在慢性病管理、早期疾病诊断、个性化医疗以及临床研究等领域具有重要应用前景。该工作以题为“A three-dimensional liquid diode for soft, integrated permeable electronics”发表于国际著名期刊《Nature》上。香港城市大学于欣格副教授为该论文通讯作者，香港城市大学博士后张彬彬、李冀豫，博士研究生周靖昆、邹龙为共同第一作者。

2 作者简介

通讯作者

于欣格，香港青年科学院院士、香港城市大学生物医学工程系副教授、博导、香港数字医学院副院长、香港心脑血管健康工程研究中心副主任、香港城大-中国科学院机器人联合实验室副主任。

2023年获评香港RGC Research Fellow。优秀青年科学基金（港澳）、《麻省理工科技评论》创新35人、IEEE纳米医学发明家、MINE青年科学家、日内瓦国际发明展金奖等奖项获得者。研究方向为新型柔性电子在生物医疗领域以及智能触觉VR中的应用。《Microsystems & Nanoengineering》《Bio-Design and Manufacturing》《IEEE Open Journal of Nanotechnology》等10余部期刊副主编及编委。斯坦福top 2%高被引学者，在《Nature》、《Nature Materials》、《Nature Biomedical Engineering》、《Nature Machine Intelligence》、《Nature Electronics》、《Nature Photonics》、《Nature Communications》、《Science Advances》等期刊发表论文160余篇，申请/授权美国专利40余项。

3 原文传递

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https://www.nature.com/articles/s41586-024-07161-1

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