近日，院質(zhì)標(biāo)中心吳立冬研究員團(tuán)隊(duì)在熱敏型智能傳感材料研發(fā)領(lǐng)域取得重要突破，先后開發(fā)熱敏柔性傳感器及熱驅(qū)動柔性機(jī)器人。相關(guān)研究成果分別以“Thermal-sensitive artificial ionic skin with environmental stability and self-healing property”和“From Sea Cucumbers to Soft Robots: A Photothermal-Responsive Hydrogel Actuator with Shape Memory”為題，發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（IF 8.5）。
近些年，獐子島等地海水養(yǎng)殖貝類和海參飽受高溫而引起大面積死亡，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。目前，傳統(tǒng)溫度傳感器通過間接監(jiān)測水溫來反映水生生物溫度，易造成水生生物溫度監(jiān)測遲滯性和失真性，亟需開發(fā)直接監(jiān)測水生生物體感溫度的魚載可穿戴傳感器，為水生生物熱脅迫預(yù)警提供可靠方法。
水生生物作為水生態(tài)系統(tǒng)的主體，對環(huán)境溫度變化極為敏感。通過監(jiān)測影響水生生物健康的指標(biāo)數(shù)據(jù)（如光、溫度、濕度和氧氣等），能為水產(chǎn)品養(yǎng)殖和環(huán)境管理提供重要依據(jù)?？纱┐鱾鞲衅骷夹g(shù)逐漸成為水生生物健康監(jiān)測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。國外學(xué)者將可穿戴傳感器作為自主平臺，為研究水生生物的生態(tài)生理學(xué)提供重要信息（Bioadhesive interface for marine sensors on diverse soft fragile species, Nature Comm., 2024）?？纱┐鱾鞲衅髟趯?shí)時、動態(tài)監(jiān)測水生生物健康方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，為全球相關(guān)研究提供了重要方向。
吳立冬研究員長期致力于魚載可穿戴傳感器研究，在生物體健康行為監(jiān)測領(lǐng)域開展了系統(tǒng)性探索（Biosen. Bioelectron., 2021; Chem. Eng. J., 2023; InfoMat, 2023; Trends in Anal. Chem., 2024; Nature Food, 2024; Engineering, 2025; Sens. Bio-Sens. Res., 2025），實(shí)現(xiàn)了水生生物應(yīng)激情況下行為監(jiān)測，并授權(quán)2項(xiàng)國際專利和3項(xiàng)中國發(fā)明專利，形成了完善的理論體系和技術(shù)保護(hù)。團(tuán)隊(duì)的研究不僅與國際前沿理念高度契合，還通過創(chuàng)新性技術(shù)突破，進(jìn)一步推動了魚載可穿戴柔性傳感器在水生生物監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用。研究團(tuán)隊(duì)巧妙運(yùn)用離子液體（ILs）構(gòu)建環(huán)境穩(wěn)定性高的柔性基底，并在其內(nèi)部引入碳納米管導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了16 s內(nèi)對水生生物體溫的快速響應(yīng)，溫度靈敏度高達(dá)5.000 ℃/%，遠(yuǎn)超大多數(shù)現(xiàn)有熱敏傳感器。與此同時，在熱敏柔性傳感器基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)將熱敏傳感器升級改造成能夠?qū)囟软憫?yīng)的仿海參柔性機(jī)器人，當(dāng)水下溫度變化時仿海參柔性機(jī)器人會產(chǎn)生相應(yīng)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了更為直觀的溫度預(yù)警，為海底熱浪等自然災(zāi)害預(yù)警提供了可靠的技術(shù)保障。
這兩項(xiàng)突破性成果不僅為水生生物健康監(jiān)測和水下軟體機(jī)器人研發(fā)提供了理論支持，還為水產(chǎn)養(yǎng)殖與人工智能融合發(fā)展開拓了新的研究思路。
圖1. PIL@CNT熱敏柔性可穿戴傳感器原位監(jiān)測水生生物體溫
圖2. 仿海參柔性機(jī)器人熱響應(yīng)運(yùn)動機(jī)理
兩項(xiàng)研究受到國家自然科學(xué)基金（22176221）及中央公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（CAFS:2024XT09）的資助，并獲得海水養(yǎng)殖生物育種與可持續(xù)產(chǎn)出全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。
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