近日，复旦大学材料科学系梁子骐团队联合长征医院骨科徐辰副教授以及上海硅酸盐所柏胜强研究员和陈立东院士在Advanced Materials上发表了题为"Piezoelectric-Augmented Thermoelectric Ionogels for Self-Powered Multimodal Medical Sensors"的研究论文。复旦大学材料科学系硕士研究生白雅馨为论文第一作者，该工作得到了上海市领军项目、国家自然科学基金项目等经费支持。

      论文聚焦于一种由经典PVDF-HFP和离子液体[EMIM][TFSI]组成的离子凝胶。尽管该材料已广泛应用于离子热电、压电、储能和功能涂层等领域，但过去的研究仅限于单一功能的探索，未曾深入研究其多功能协同利用的可能性。受离子热电特殊电容特性的启发，该论文首次探讨了材料压电和离子热电性能的叠加作用，提出并验证了"压电增强离子热电"的创新概念。基于这种对双参数高度敏感的特性，研究团队成功开发了一种嵌入式、自供电、多模态感知的凝胶传感器可应用于多个场景，分别搭载于动脉导管和医用负压吸引海绵中，实现了临床诊疗中对温度、压力和湿度的同步精确检测。

      这种离子凝胶的双模态特性源于离子液体在温度梯度下产生的离子热电效应，以及PVDF基骨架的压电效应。该研究首次深入探讨了其"压电增强离子热电效应（PE-augmented iTEs）"的科学机理，当温度梯度与压力场同向建立时，不仅两种效应本身会产生电压，压电产生的内电场还进一步促进阴、阳离子的分化，使离子热电势呈现"1+1>2"的协同增强效应。当压电内电场与温度梯度同向时，n-型热电势从–4.4 提升至最高–6.9 mV K^–1；此外，凝胶中水的存在显著增强离子输运，导致离子热电势受环境湿度影响，湿度越高，热电势越强。这种单一离子凝胶对温度、压力和湿度等环境参数的多维响应，恰好契合临床对多参数生命体征的传感需求，尤其在创伤休克等紧急医疗场景中尤为关键。

      基于材料的温度–压力双参数灵敏特性，团队设计了两种分别以动脉导管和医用海绵为载体的离子凝胶传感器。器件结构简单：将离子凝胶夹在两片电极之间并连接导线，嵌入动脉导管或医用海绵的开孔，再用硅胶填充缝隙。通过建立猪出血性休克模型，全面验证了离子凝胶传感器在实际生物体疾病发生过程中的多指标监测可行性。其中动脉导管传感器的温度和压力信号能准确反映休克过程中的核心体温变化和心率波动；海绵传感器则捕捉创口温度、负压吸引装置（VSD）的压力以及瞬时引流量等关键指标。与传统传感器相比，离子凝胶传感器不仅趋势一致，且由于信号点更为密集，能呈现更多细节变化。这些成果展示了该技术在临床领域的巨大潜力，尤其适用于当前缺乏相关精密压力、湿度、温度监测手段如VSD应用中，具有非常重要的临床价值与传感器应用的划时代的意义。

文章信息：

Ya-Hsin Pai,  Chen Xu,  Renyang Zhu,  Xinyi Ding,  Shengqiang Bai,  Ziqi Liang,  Lidong Chen,  Piezoelectric-Augmented Thermoelectric Ionogels for Self-Powered Multimodal Medical Sensors. Adv. Mater.  2024, 2414663.

文章链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202414663