全纳米纤维Janus膜在β相含量上的协同增强作用，结合生物流体排水特性，用于自供电生物传感器，从而实现多模态动态健康监测

《COMPOSITES PART B-ENGINEERING》：Synergistic enhancement in β-phase content of all-nanofibrous Janus membrane with biofluid drainage toward self-powered biosensor applied in multi-modal dynamic healthcare monitoring

本文通过两步电纺法结合低温退火制备了具有Janus结构的自供电纳米纤维传感器，其亲水层含酚红试剂用于汗液pH检测，疏水层掺杂MXene增强压电性能，实现运动监测与健康管理多功能集成。摘要：

　　
近年来，柔性电子技术在健康监测领域的应用持续深化。传统传感器依赖外部电源且存在多模态响应不足等问题，而新型自供电生物传感器的发展为实时动态健康监测提供了新思路。某研究团队通过构建Janus结构纳米纤维膜，成功实现了压力传感与汗液pH检测的协同功能，其创新性体现在材料复合与结构设计的双重突破。

在材料选择方面，研究团队采用聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）与二维MXene的复合体系。MXene因其高比表面积、优异导电性和表面官能团特性，能够有效促进PVDF-HFP的非晶态β相转化。通过低温退火工艺调控结晶动力学过程，使β相含量提升至99.1%，这是当前同类研究中最高水平。这种结构优化不仅增强了材料的压电活性，更通过纳米限域效应显著提升了能量转换效率。

制备工艺的创新性尤为突出。采用两步电纺法构建异质结构，先制备含MXene的疏水层，再通过调控拉伸比形成亲水层。这种梯度结构设计实现了三个关键突破：首先，疏水层与亲水层的界面张力差形成自驱动液体传输机制，使汗液能沿膜面定向流动；其次，多层复合结构在保持高柔性的同时，显著提升机械强度至6.4MPa；最后，异质结构界面的应力梯度效应增强了压电响应的灵敏度。

性能测试数据显示，该传感器在0-30N压力范围内展现出稳定的压电响应，平均响应时间仅13毫秒，恢复时间30毫秒，满足动态监测需求。汗液运输实验表明，其梯度表面结构能实现反重力输送，将汗液有效引导至检测电极。通过搭载酚酞指示剂，成功构建了pH-电势响应体系，检测范围覆盖健康人群的典型生理波动。

该研究的理论突破在于揭示了多尺度协同增强机制：纳米级MXene掺杂通过界面效应促进β相结晶，宏观尺度的梯度结构设计实现液态分子定向输运。这种"结构-功能"一体化设计思路，为开发多功能柔性传感器提供了新范式。在应用层面，传感器可集成于智能服装实时监测关节运动、脉搏波等生理参数，同时通过汗液pH检测实现运动强度评估和脱水预警，在康复医疗和运动健康监测领域具有广阔前景。

未来研究可聚焦于三方面：首先，优化MXene掺杂工艺以提升器件循环稳定性；其次，开发多参数检测集成方案，如同时监测pH和电解质浓度；最后，探索生物相容性涂层技术，以拓展医疗诊断场景。该成果已获得国家自然科学基金等支持，为智能可穿戴设备的发展提供了重要技术参考。