应变不变的全向可拉伸MX电子学

像皮肤一样可拉伸的电子设备

想象一个柔软、几乎无重的电子贴片，能随皮肤移动和弯曲，同时像诊所设备一样可靠地测量你的脉搏和血压。本文描述的就是这样一个系统：一个圆形、可拉伸的“电子皮肤”，可以通过智能手机无线供电并追踪生命体征，即便身体扭动、弯曲或拉伸，仍能保持测量精度。

为什么软性设备在运动的身体上常常失效

我们的皮肤不断运动：弯曲手腕时会伸展，转动门把手时会扭转，握物时会起皱。大多数柔性设备只耐轻微弯曲；在强拉伸下，它们的微细金属线会出现裂纹，或天线走调。这会导致无线连接中断、传感器读数错误，甚至完全失效。现在的可穿戴系统通常还混合多种材料——一种用于布线，另一种用于储能，还有用于传感——这使得制造更复杂，也降低了在每个部件被不同方向拉扯时的可靠性。

一种新型的可拉伸电子皮肤

作者通过一种统一平台解决了这些问题，称之为应变不变的全向可拉伸MX电子学（MXetronics）。其核心是一个薄盘，半径仅3.3厘米，能像第二层皮肤一样贴合手腕。在该薄盘内部，团队集成了一个由智能手机供能的近场通信天线、八个微型储能单元以及若干压力和温度传感器。所有关键电子部件都来自同一类二维材料——称为MXene的材料，它们导电性能极佳且可由水基墨水加工。依赖单一材料体系简化了集成，同时保持了均一的电性能。

利用隐藏的刚性来控制拉伸

为使系统在任意方向上承受高达40%的拉伸仍能正常工作，研究人员设计了巧妙的机械骨架。他们将MXene电路嵌在比周围柔性橡胶刚得多的薄塑料“岛”上。这些刚性岛嵌在一个用PDMS（一种硅胶）形成的图案化微格栅中，整个结构由超软的基底层支撑。当贴片被拉伸时，大部分变形由软区和岛之间波浪形、蛇形的互连来吸收。包含天线、超级电容和传感器的活动区域几乎不变形，因此其电气性能变化不到5%。在微观层面，MXene片片之间略有滑动而不是形成长而破坏性的裂缝，从而保留了连续的电流通道。

电源、传感与无线连接协同工作

基于这一机械设计，团队为实际应用工程化每项功能。他们通过用锂离子替换体积较大的有机离子来制备高导电性的MXene薄膜，从而在采用快速、可扩展合成工艺的同时提升电性能。利用这种材料，他们制造了呈正弦波形的线圈天线，使其在任意方向上均匀拉伸，拉伸时无线特性几乎不变。智能手机可在最长约3.5厘米的距离对该线圈供能，提供数毫瓦的功率。这些能量为基于MXene的微型超级电容充电，作为车载能量储备，并驱动超低功耗控制芯片。具有精细图案化海绵状表面的压力传感器可捕捉脉搏与血流的微小变化，温度传感器则监测皮肤温度。即便在反复弯曲、扭转和数千次拉伸循环下，读数仍几乎不变。

这对日常健康监测意味着什么

志愿者将贴片佩戴在手腕上时，它持续向手机传输脉搏波和温度数据，在正常手臂活动中仍保持连接稳定。清晰的脉搏信号可输入深度学习模型，所估算的血压精度可与标准袖带相媲美。由于电子器件薄、软且无电池，佩戴舒适且适合长期使用，外层橡胶层还能帮助保护敏感的MXene材料免受汗水和空气侵蚀。简而言之，这项工作展示了如何构建一种贴合身体的软性电子系统，即便在现实生活中多向拉扯和伸展，它也能持续运行并提供可信的健康数据。

引用: Wang, S., Deng, W., Huang, H. et al. Strain-invariant omnidirectional stretchable MXetronics. Nat Commun 17, 2471 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68925-z

关键词: 可穿戴健康监测, 可拉伸电子学, MXene材料, 无线皮肤传感器, 血压追踪