近日，东南大学生物科学与医学工程学院江苏省生物材料与器件重点实验室陈怡副教授联合悉尼大学程文龙教授与顾宁院士团队，在国际顶级综合性学术期刊Science Advances发表题为“Morphology-adaptive Au‒Ag Nanowire Elastronics for Integrated FlexoSERS and Bioelectrical Sensing”（形貌自适应Au‒Ag纳米线电子弹性体赋能柔性SERS和生物电子集成式传感）的研究论文，提出了一种形貌自适应的簇状纳米线序构材料，构建了在多维度结构上的可规模化集成传感平台，并同时具备增敏光学检测（SERS）与生物电信号采集性能，为新一代多模态可穿戴健康监测器件与人机交互技术提供了可编程式设计的核心传感材料基础。
面向健康监测与疾病诊断的柔性生物传感技术，正为精准健康管理、个性化干预及智能人机交互提供关键支撑。近年来，基于低维纳米材料构建的高性能传感界面，使复杂生命体系中的生理生化信息得以高灵敏、高选择性解析，推动可穿戴与植入式器件向原位、实时监测方向加速转化。在众多生理信号中，心电（ECG）、肌电（EMG）等电生理信号能够实时反映组织兴奋性与节律状态，是智能医疗设备的重要信息来源。然而，单一电信号难以全面反映复杂生理与病理过程。尤其在动态健康评估场景中，对汗液、唾液等体液中痕量生物标志物的高灵敏检测同样不可或缺。如何在同一柔性平台上实现电生理与分子信息的协同获取，成为多模态生物电子技术发展的关键挑战。
近年来，表面增强拉曼散射（SERS）技术因其无标记、高分子特异性和超高灵敏度，在微量生物流体分析中展现出独特优势。理论上，若能将SERS与电生理检测集成于同一柔性器件中，便可实现跨尺度、多维度的生理状态综合解析。然而，传统SERS基底多为刚性无机材料、对形变高度敏感，而常规电生理电极依赖导电凝胶，难以长期稳定工作，两类功能在材料体系与结构设计层面长期难以兼容。
针对这一关键挑战，本工作提出了一种形貌自适应的簇状Au–Ag纳米线阵列柔性传感平台，实现了SERS光学检测与稳定电生理信号采集在多维结构上的统一集成。研究采用一种无需高温处理和复杂转移步骤的模板引导自组装策略，将高度序构的Au–Ag纳米线阵列直接构筑在1D针状结构、2D弹性薄膜以及3D多孔海绵等不同形貌基底上，使同一材料体系能够适配多种应用场景。在二维弹性基底上，该纳米线阵列构建了兼具高灵敏度和高一致性的柔性SERS界面，即使在100%拉伸应变或2500次反复拉伸后，拉曼信号仍保持稳定，展现出优异的力学鲁棒性和形变不敏感特性。在3D多孔结构中，该阵列进一步作为无凝胶干式生物电极，实现了长期稳定、高信噪比的ECG和EMG采集。基于连续心电信号，研究团队结合深度学习模型，实现了对睡眠与清醒状态的准确识别，展示了该平台在智能睡眠评估中的应用潜力；同时，高灵敏度的肌电信号还可精准捕捉手指弯曲、键盘敲击和鼠标点击等细微动作，为非侵入式人机交互提供了新的信号通道。该研究通过统一的纳米结构设计，打通了柔性SERS光学传感与电生理监测在1D–3D多形貌基底上的集成路径。
东南大学生物科学与医学工程学院博士生张恒与陈怡副教授为论文共同第一作者，陈怡副教授、悉尼大学程文龙教授及顾宁院士为共同通讯作者。东南大学为本论文的第一单位。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省自然科学基金、苏州市前沿技术研究等项目的支持。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec2162