近日，中国科学技术大学苏州高等研究院潘挺睿教授、王慧枝副研究员、常煜研究员在《Advanced Science》期刊发表了题为“A Wearable System Featuring Biomimetic Spatially Distributed Iontronic Sensing Array for Dynamic Monitoring of Deep Tissue Modulus”的研究论文，提出了一套用于动态监测多层软组织杨氏模量的可穿戴器件及系统。

骨骼肌硬度会随神经肌肉的激活、疲劳、放松等生理状态，或纤维化、水肿、萎缩、痉挛等病理状态而动态变化，而这些生理病理状态是表浅皮肤及皮下脂肪组织难以反映的。杨氏模量是常用于描述组织硬度的物理量，它与被测物几何形状无关，特别适用于量化具有不规则形状的人体组织。对肌肉杨氏模量的在体定量化监测对于评估骨肌系统功能、指导个性化治疗、康复与训练决策，以及实现术后长期监测至关重要。然而，现有软组织杨氏模量在体监测技术多局限于表浅组织的检测，无法反映深层肌肉的信息。且现有技术实时检测能力差，无法捕捉组织硬度的快速、动态变化。

研究团队提出的新型可穿戴技术基于赫兹接触理论，参考人类机械感受器的空间编码机制，集成了空间分布式、高分辨率、低检测限的离电型压力传感阵列与力传感器，可快速、连续、精准捕捉半球形压头与组织之间的接触半径与接触力，并实时估算组织杨氏模量。

图1 系统概念图

图2 传感器制作与表征

研究团队通过器件-组织间相互作用规律的有限元分析，对压头尺寸进行了优化，并提出了特别适用于深层组织检测的压痕策略，使系统兼具检测的高准确度与佩戴的舒适性。

图3 器件-组织间相互作用规律的有限元分析

研究团队通过一系列体外测试验证了系统的高准确性、高动态检测性能、及抵抗信号漂移、汗液干扰及机械疲劳的良好鲁棒性。

图4 系统性能的体外验证

此外，研究团队还展示了该技术对韧带重建术后关节周围水肿进行长期量化监测的可行性，以及针对静息、负重屈肘、跳绳及静态拉伸等日常活动进行动态、定量化监测的有效性。这些结果表明，该系统不仅能用于实验室研究，更有潜力走向临床监测与日常健康管理。

图5 系统的在体应用示例

这项工作将仿生传感、柔性电子与生物力学建模深度融合，为多层组织力学监测提供了一种新思路。总体而言，该研究提出的新型可穿戴技术为骨肌系统的实时、个性化、居家健康监测提供了技术支撑，在疾病管理、运动表现评估、损伤风险预警及训练策略优化等方面均具有广阔的应用前景。

该研究得到姑苏创新领军人才、江苏省自然科学基金、以及深圳市自然科学基金等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202519009