华中科技大学机械学院微纳制造与医工交叉团队取得MOF基湿度传感研究新成果
- 2026/6/26 9:09:18 18137
- 来源：华中科技大学
【仪表网 研发快讯】6月15日，《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal)在线刊登了机械学院微纳制造与医工交叉团队在声表面波(SAW)健康监测领域的最新研究成果，题为“Transplanting highly active copper sites into stable MOFs for SAW humidity sensor with bio-inspired anti-pollution microhole array(将高活性铜位点植入稳定金属有机框架并构筑具有仿生防污阵列的高性能声表面波湿度传感器)”。机械学院2023级博士生林成旭为论文第一作者，廖广兰教授、刘智勇副教授、龙胡研究员等为共同通讯作者。
呼气与皮肤湿度信号是反映呼吸道健康与生理代谢的重要依据，基于湿度传感的无创居家健康监测技术具备重要应用价值。然而在实际应用中，高敏感传感表面通常暴露在高湿度、多污染的环境中，这对传感材料的灵敏度和稳定性提出了高要求。近年来，金属有机框架(MOF)材料因比表面积大、活性位点丰富和结构可编辑的特点，被认为是有前景的传感材料。然而，基于MOF材料的湿度传感器件仍面临多重挑战：(1)化学活性MOF材料在高湿度环境下易发生配位键断裂、结构坍塌，存在湿度敏感性与结构稳定性权衡问题；(2)体表湿热环境易导致器件表面水汽凝结、污染物附着，造成传感信号异常衰减，常规器件结构无法满足可穿戴场景的需求。
针对上述挑战，研究团队提出了一种新型的三明治结构湿度传感器，包括仿生PDMS保护膜、铜改性MOF湿敏膜和SAW器件。开发了疏水性增强的仿生PDMS薄膜制备工艺，减轻了冷凝物形成和污染物吸附引起的器件性能下降。在稳定的UiO-66-NH2框架中移植了高活性铜位点，摆脱了灵敏度和稳定性的权衡困境。计算了水分子与改性MOF的作用机理，证实了优化的铜配位环境通过更强的电荷转移、更短的吸附距离和更明显的轨道杂化来协调活性和稳定性。优化了SAW器件表面的材料沉积工艺，获得了兼具高灵敏度和长时间稳定性的湿度传感器件。
进一步，搭建了头戴式呼吸健康监测微系统，捕捉了不同行为活动下人体呼吸湿度动态变化，识别了模拟的呼吸暂停异常状态并发出了预警。开发了腕戴式皮肤湿度监测系统，获得了多场景下皮肤湿度差异，实现了皮肤湿度健康水平的无创评估。这项工作展现了高性能SAW湿度传感器在呼吸系统疾病辅助筛查与人体皮肤状态监测等领域的广阔应用前景。
工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费资助，研究方案受到了同济医学院医学伦理委员会批准。
引用：机械学院微纳制造与医工交叉团队取得MOF基湿度传感研究新成果 华中科技大学 【引用时间：2026年6月19日】
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