传统刚性传感器难以精准捕捉人体复杂运动的多维信号。受生物各向异性结构启发，各向异性水凝胶成为突破这一瓶颈的关键。暨南大学苏炳添教授团队发表的最新综述，系统梳理了这类传感器的材料、性能与应用，为开发下一代高性能运动监测设备提供了清晰的路线图。
智能速览
各向异性水凝胶通过模仿生物结构实现定向传感特性。
传感器分为结构各向异性、电学各向异性等核心类型。
性能调控需平衡界面力学、电学传导与多功能协同。
应用覆盖微生理信号捕捉、关节运动分析到动态环境监测。
未来挑战在于提升稳定性、信号可靠性及规模化生产能力。
精华内容
各向异性水凝胶的核心优势在于其定向响应能力，这源于其独特的材料类型与设计策略，使其能解码传统传感器无法捕捉的多维信号。
仿生材料类型
各向异性水凝胶（AHSs）主要分为三类。结构各向异性通过预拉伸、定向冷冻等技术，在水凝胶内部构建取向的纤维、片层或孔道网络，实现物理结构的定向响应。电学各向异性则侧重于实现定向的离子或电子传导，例如通过MXene基材料构建，在特定方向上兼具优异力学和电化学性能。其他功能各向异性则是前两者协同作用的结果，直接表现为传感性能的方向依赖性，部分材料平行于预拉伸方向的灵敏度（GF）可达垂直方向的两倍以上，甚至超过40倍。
性能调控策略
为实现精准监测，AHSs的性能调控至关重要。界面与力学性能调控旨在让水凝胶与人体组织形成稳定的共生界面，适合长期皮肤贴附或高强度运动场景。电学性能调控是实现多维电信号解耦的物理基础，适用于微生理信号、多自由度关节运动监测。多性能协同策略则通过平衡力学、电学、黏附等多种功能，以适配动态运动和极端环境，但这也带来了制备工艺复杂、功能间难以协同平衡的新挑战。
多尺度应用场景
AHSs的应用具有显著的尺度优势。在微尺度上，它能捕捉小于1%应变的微生理信号，如脉搏或喉部振动，要求兼具超高灵敏度和抗干扰性。在关节运动分析中，针对多自由度的复合运动，AHSs通过结构解耦实现定向传感，成为该领域的核心应用。此外，在跳绳、羽毛球、骑行等动态复杂的现场运动与极端环境中，AHSs同样展现出优异的实用性和稳定性。
未来挑战方向
尽管前景广阔，AHSs的发展仍面临诸多挑战。首先是力学性能与功能的平衡，过度交联会降低离子电导率，多层结构易出现界面分层。其次，各向异性调控的精度和长期稳定性不足，预拉伸形成的取向结构在循环载荷下易松弛。同时，水下监测的溶胀干扰、皮肤-传感器界面的信号漂移等问题也亟待解决。最后，静电纺丝、3D打印等精密制造工艺的规模化量产瓶颈，是其走向商业化应用的最大障碍。
各向异性水凝胶传感器为解决多维运动监测难题提供了极具潜力的仿生方案。尽管在稳定性与规模化生产上仍面临挑战，但随着多物理场协同调控与全链条优化技术的成熟，它将在运动医学、竞技体育及老年健康管理等领域扮演关键角色，推动柔性电子向更智能的感知与认知迈进。
