近年來，柔性壓力傳感器在監測多種生理信號方面取得了顯著進展，如血壓、脈搏波、血糖及血氧等。多數柔性壓力傳感器主要應用于低于100 kPa的日常活動監測中。盡管許多傳感器可以實現中等壓力范圍內的高靈敏度，但其性能往往依賴于壓力敏感層的垂直可壓縮性。受壓后，敏感層結構會迅速致密化，導致靈敏度會極速降低至零。然而，在不受限的情景中，柔性傳感器還可能面臨如關節運動監測、足底壓力監測以及胎壓監測等極端壓力條件。因此，現有柔性壓力傳感器在超寬壓力檢測范圍內保持高靈敏度仍面臨挑戰。
針對現有挑戰，西北工業大學黃維院士團隊王學文教授課題組提出了基于應變效應的新型壓力傳感器，通過調整柔性超薄導電薄膜和應變誘導微結構的尺寸和模量差異，實現了超寬壓力檢測范圍內靈敏度的正向增長。該傳感器在45 Pa至4.1 MPa的壓力范圍內表現出穩定的正電阻響應；同時，區別于經典壓阻效應結構，傳感器的靈敏度隨壓力增大由5.22 MPa-1增長至70 MPa-1。這一成果打破了柔性壓力傳感器在高靈敏度和廣泛壓力檢測范圍之間的制約關系，實現了靈敏度和壓力檢測范圍的協同提升，為寬壓域柔性傳感器設計提供了新的思路。
基于上述性能優勢，研究團隊將這一傳感器應用在了膝關節置換手術中步態周期反饋監測和接觸壓力特征捕捉等領域，協助醫生在膝關節置換術中定量分析股骨脛骨壓力、平衡內外側壓力分布并跟蹤股骨運動。這項技術通過柔性電子技術的創新和應用，為疾病預防、早期診斷和治療提供了更準確的數據和分析支持。該研究成果有望加速醫療設備的智能化升級，推動先進數字醫療技術的普及，助力實現健康中國的目標，推動我國醫療服務向智能化、數字化和網絡化方向進一步邁進。
相關成果以“Breaking the Saturation of Sensitivity for Ultrawide Range Flexible Pressure Sensors by Soft-Strain Effect”為題發表在Advanced Materials期刊。柔性電子研究院博士生李玥、西安市紅會醫院張維杰博士為本文的共同第一作者，黃維院士、王學文教授為共同通訊作者。
王學文教授課題組圍繞特種柔性感知材料與器件開展研究，已在Nat. Commun.（1篇）、Sci. Adv.（1篇）、Adv.Mater.（9篇）、J. Am. Chem. Soc.（2篇）、Research（3篇）等國際權威學術期刊發表學術論文60余篇，同行引用8500余次。課題組獲授權中國發明專利15項、美國專利1項。相關研究成果被新華社、中央廣播電視總臺、《科技日報》、《中國科學報》等多家主流媒體報道。上述工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、陜西省自然科學基金，以及國家留學基金委獎學金等經費的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202405405
（文字：李玥；審核：王學文）
