“我們從前做紡織品時，從未考慮過雙股線和自然界的關系，完全是從實用角度去研發技術。但是，DNA 雙螺旋的結構在紡織上使用了幾千年，人類到現在還是廣泛使用它，可能将來也不會改變它，而這也讓我們感受到了自然界的奇妙和它在紡織領域的映射。”将紡織雙股線和 DNA 雙螺旋結構“結合”在一起，是香港城市大學生物醫學工程系教授胡金蓮的近期新發現。

圖 | 胡金蓮（來源：胡金蓮）

近日，該團隊在 Advanced Materials 發表了一篇論文，題為《用于表皮脈沖監測的具有類似 DNA 的雙螺旋線的超快速反應/恢複柔性壓阻式傳感器》（Ultrafast-Response/Recovery Flexible Piezoresistive Sensors with DNA-Like Double Helix Yarns for Epidermal Pulse Monitoring）。

圖 | 相關論文（來源：Advanced Materials）

在紡織上，雙股線十分常見，同時也是基本結構之一。在研究過程中，胡金蓮發現雙股線的結構非常好用。後來他們聯想到，該結構跟 DNA 是一樣的。研究中，他們主要達成了如下兩個目标：其一，解決了紡織材料應用于壓力傳感器的恢複滞後性；其二，開發了在中醫号脈等場景下所需要的壓力傳感器。

（來源：Advanced Materials）

一個“說來話長”的研究

香港城市大學生物醫學工程講座教授張元亭是胡金蓮的同事，也是做血壓測定和心血管方面的專家。更早之前，他在香港中文大學工作，雙方有時會一起參會。

現在，張元亭在香港科技園有很大的一個中心，政府撥款了幾個億，專門開發與心血管有關的實時監控設備。對方拉上胡金蓮一起合作，期間後者派出一名學生去了解張元亭課題組希望解決的問題。獲知他們需要測量血壓的壓力傳感器，胡金蓮和學生做出幾個版本，其中有一個版本的相關論文，在幾年前就已發表。

由于是學習紡織出身，因此她主要通過設計織物結構，來實現傳感器的性能。後來，她找到一種紗線，測試了單根、雙根、四股等不同的構型，結果發現兩股交織的性能最好，于是就用它來做壓力傳感器。

這種傳感器主要有兩個優勢：首先，在号脈時脈搏是上下不斷跳動的，而且它的跳動的次數很頻繁，這導緻材料會經曆變形-恢複-變形的循環，利用雙股線制備的傳感器幾乎沒有滞後性，這說明它的恢複能力非常強。另外，由于号脈的力度不是很大，因此必須把傳感器的響應控制在力的範圍内，這樣它的效果才會比較明顯，否則傳感器的性能和滞後性都會發生變化。總之，這種傳感器在測量脈搏時是準确的，沒有滞後性、并且可重複性較為突出。

（來源：Advanced Materials）

學生正在孵化相關公司

胡金蓮表示，本次應用主要和身體有關，将來也有望用在機器人上。可穿戴設備最大的要求，是要和皮膚貼合或者符合人的生理結構。首先，它要容易變形，因為身體都是不規則的。其次，它需要特别柔軟。要知道，我們皮膚上有很多的傳感器，稍微不匹配就容易讓人感覺不舒服。

以前，人們可能會用一個硬的光電器件放在皮膚上，然後收集數據進行處理，這肯定是不符合身體需求的。後來出現了柔性設備，它基本上是可以彎曲的。但這仍然不夠，于是又出現了可伸縮材料。而紡織品可以适應多種形變，包括拉伸、彎曲、剪切，因此是研發可穿戴設備理想型材料。

（來源：Advanced Materials）

在後續計劃上，目前香港城市大學已經成立了一個基金，胡金蓮的學生也在成立公司。不過，他們隻是做了一個傳感器，如果要做真正可應用的器件，還需要更加全面的研究。比如，需要添加可靠的電極，把信号抽取出來進行處理，做以參數化之後再進行顯現。由于該項目是香港城市大學 HK300 的創新項目，不允許老師做主要負責人，所以胡金蓮隻是作為顧問和股東，具體是學生去操作。

“一條龍”地做研究

據悉，胡金蓮是湖北人，28 年前來到香港。在内地讀完碩士之後也進入社會工作過，之後獲得中英合作技術獎學金，被公派到英國去留學。拿到博士學位之後，她回到國内工作，先是在香港理工大學工作，後來到香港城市大學。目前團隊大概 30 人。

學生時代學習紡織，并非源于常人想象的“女孩子可能更熱愛紡織”的常見理由。相反她說在讀本科時，對紡織實在是沒有什麼感覺，而是更喜歡科學。讀大學時，适逢“十年動亂”剛過去沒多久，條件也比較欠缺。學習紡織工程時，很多機器結構她都沒見過。而在聽課時，她覺得這些東西都是人規定的，因為那時主要學習怎麼織布、學習機器的結構，以及設計原理和功能制造，所以她認為有點兒浪費時間。

後來讀碩士時，她選擇了紡織材料學，因為紡織材料學和科學更加接近。彼時，紡織材料學是一個相對特殊的專業，而來到東華大學讀碩士時（當時叫中國紡織大學），剛好有這個專業。在紡織專業中，她沒學過工程類的知識，所以很難理解和推導。

但是對于紡織材料學，她可以通過閱讀相關的書，去了解其中的内涵。學了一個定理就可以推出其它東西，而不需要研究那些機器。後來因為胡金蓮是外校考進去的，學校就把她調劑到紡織産品，這是紡織工程和紡織材料結合的一個專業。之後，她到英國去留學，也延續了這方面的研究。畢業後入職香港理工大學，一開始教授紡織工程的課程，但是她做的科研幾乎全部都是材料方面的。

從纖維、到布、到服裝，後來她又進一步往材料方向轉，後又開始做高分子材料的合成。此外，香港理工大學有紡織系，因此從紡織材料、到服裝、再到銷售都是她的教學科研範疇。她說：“從高分子材料的合成，再到紡織成品的性能，我都是‘一條龍地’地做，這種經曆是非常獨特的，一般人是沒有的。”

同時，這也和香港的商業環境有關，當時她想做功能性智慧織物，這種材料在香港很有市場，相關公司也有很多。收到公司資助之後，她就可以去香港政府申請大項目，這種項目往往是從材料設計、到合成加工、再做成紡織品。做了幾輪大項目，也讓她和公司合作得特别得心應手，公司也特别喜歡她。

胡金蓮表示：“我沒有把自己當作是一個女性教授，或者有什麼劣勢和優勢，我沒考慮過這個問題。基本上是該做什麼就做什麼，不卑不亢的。最重要的是，我對研究背景的上下遊都很了解，并且可以把它們從頭到尾有機地結合起來。”

比如，要開發一個産品，首先得了解産品的要求。這時，胡金蓮會實事求是地去找出問題，進而尋找解決方法。她說：“這些解決方法并不受紡織或高分子材料的限制，隻要是我認為能解決問題的學問，包括納米科技和生物醫學最前沿的東西，我都願意去學。”

目前，她有 50 個專利授權、30 多個在申請專利。在香港，她是較早去申請專利的老師。1994 年，當時香港的科研活動并不多。作為來得比較早的一批學者，她很活躍并做了一些開拓性工作。比如，當時在大學裡并沒有老師去申請專利，相關的配套服務也沒有。後來在她的努力下，學校開始建立知識産權辦公室，甚至有副校長專門負責。她說：“我見證了這一過程，也是最早參與的，同時還推動了香港理工大學和香港城市大學在專利方面的發展。”

不久之後有望收到商業回報

目前，胡金蓮在香港城大擁有一個可穿戴醫療健康材料中心，研究方向包括服裝材料和紡織材料等。具體來說有三個方向：第一個方向是中醫和能量療法，包括針灸和刮痧，電磁光等；第二個方向是蜘蛛絲仿生及其應用，第三個方向是稚嫩材料特别是服裝及生物材料。

“材料是我們的強項，”她說，“在做能量和中醫療法時，也會從材料出發。例如，刮痧闆到底是用牛角好？還是用陶瓷好？借此我們也能研究材料和生物體之間的相互作用。”

在産業孵化上，她表示：“我來香港城市大學有兩年了，組裡學生拿到了三個商業化的項目包括一個天使基金，除了香港城市大學的資助之外，我們也拿到了香港科技園資助的兩個項目。此外，我在香港理工大學也有一個項目，這些項目都在孵化中，可能馬上會有一定的效果和商業回報。”

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支持：大義

參考：

1、Chen, J., Zhang, J., Hu, J., Luo, N., Sun, F., Venkatesan, H., ... & Zhang, Y. (2022). Ultrafast‐Response/Recovery Flexible Piezoresistive Sensors with DNA‐Like Double Helix Yarns for Epidermal Pulse Monitoring. Advanced Materials, 34(2), 2104313.

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