近日，中山大学电子与信息工程学院（光电材料与技术国家重点实验室）吴进副教授团队联合中山大学附属第一医院康复医学科余秋华教授、西北工业大学陶凯教授、南京工业大学霍峰蔚教授等团队，在期刊《Advanced Materials》上发表题为"Hydrogel-Interfaced Active Rehabilitation System: From Materials Design and Architecture to Applications" 的综述论文。

  该工作首次系统性地构建了"水凝胶界面的主动康复系统"这一完整研究框架，从材料设计、系统架构到临床应用三个层面，全面梳理了导电复合水凝胶赋能主动康复的最新进展，并对该领域面临的挑战与未来方向作出前瞻性展望。中山大学研究生陈浩锋为论文第一作者，吴进副教授、余秋华教授、陶凯教授为共同通讯作者。

图1基于水凝胶界面的主动康复系统的发展历程

  康复医学是现代医疗应对疾病、创伤与老龄化所带来功能损伤的重要治疗手段。据世界卫生组织 2021 年统计，全球约有 24 亿人（约占全球人口的三分之一）因疾病、创伤或年龄相关衰退需要康复服务，其中超过 60% 的患者存在运动功能障碍，如脑卒中后偏瘫、脊髓损伤、退行性骨关节病和慢性疼痛综合征等。与此同时，糖尿病、心脑血管疾病和肥胖在年轻人群中发病率持续上升，进一步加剧了康复医疗的供需矛盾。然而，传统被动康复治疗由设备机械驱动患者肢体，因缺乏患者主动参与而限制了神经可塑性与功能恢复。为此，临床实践正逐步转向 "主动康复"——一种以患者自主运动意图为信号源、以算法解读意图、以实时干预反馈的"感知—决策—执行"双向闭环范式。但高质量的主动康复目前仍高度依赖医院内的大型设备，训练频率低、可及性差。如何将这一闭环"搬出医院、嵌入日常生活"，成为制约康复医学发展的关键瓶颈。可穿戴传感器被视为构建主动康复闭环的理想载体。但传统柔性传感器多通过在弹性基底上涂覆或印刷碳纳米管、银纳米线等导电纳米材料制成，导电层与柔性基底之间界面相互作用不足，在大应变下易发生滑移或分层，严重收窄应变响应窗口、劣化长期稳定性。相比之下，导电复合水凝胶凭借三维亲水网络、与软组织匹配的模量（kPa–MPa）、高拉伸性和多模态传感能力，被视为新一代柔性可穿戴传感器的理想平台，成为连接生物组织与数字化医疗系统的理想"电子界面"。

图2 基于水凝胶界面的主动康复系统：从材料设计、器件构型到应用研究

  针对传统水凝胶在长期佩戴中易引发皮肤刺激、动态关节运动下力学韧性差、极端环境下易冻结脱水、出汗皮肤上难以稳定粘附、导电性不足等缺陷，论文系统归纳了面向主动康复需求的水凝胶性能增强策略，即生物相容性、力学性能、环境耐受性、自粘附性与导电性五大维度。在力学方面，作者总结了双网络拓扑、分子滑环、缠结结构等设计如何突破传统水凝胶的力学瓶颈；在环境耐受性方面，梳理了抗冻与保湿策略。论文强调，这五大性能共同构成了主动康复系统的材料基础，任何一环的缺失都会破坏闭环的稳定运行。论文系统界定了水凝胶界面主动康复系统的分层架构。感知层负责将"人体"数字化为"数据"，涵盖力学感知、电生理感知、生化感知、热感知与多模态感知五大模态；决策层通过数据重构、人工智能模式识别、时序预测与个性化决策（数字孪生）实现对运动意图的精准解读；执行层则通过运动辅助、神经肌肉调控与感觉反馈三种方式完成"闭环"。

图3 水凝胶界面交互系统的端到端闭环集成

  论文还重点梳理了两个已实现的端到端闭环系统：基于深共晶凝胶的肩痛闭环光热治疗系统（CNN 分类准确率超 96%，水凝胶兼具传感与光热介质双重角色），以及基于 PVA 电子皮肤的自供能多模态闭环系统（LSTM + 1D-CNN 对十种手势识别准确率达 97.57%，实现机器人操控与触觉反馈），有力论证了"感知—执行"闭环架构已从概念走向系统级实现。在应用层面，论文围绕三类代表性场景展开：上肢与下肢运动功能康复（如帕金森手部抓握训练、脑卒中手功能康复气动手套、动态下肢监测与踝关节韧带评估等）、吞咽、语言与认知康复（喉部活动监测、无声言语解码、手语翻译、空间认知训练等），以及神经、骨与肌腱再生（深脑癫痫干预、周围神经修复、骨缺损再生等），并对各类系统的感知信号类型、干预方式与闭环状态进行了系统对比。

图4 基于水凝胶界面的主动康复系统的挑战和展望

  论文最后凝练了该领域走向临床转化面临的四大挑战：动态康复环境下的信号解耦与保真度、多维材料性能之间的权衡、能量自给与规模化制造、以及临床验证缺口与评价标准缺失。围绕这些瓶颈，作者展望了AI驱动的个性化康复（数字孪生）、变刚度水凝胶、自供能单片集成与标准化评测体系四大前沿方向，并坚信在材料科学、柔性可穿戴电子与人工智能的深度融合下，智能闭环平台终将突破传统医疗的时空边界，为全球患者带来更普惠、更个性化、更高效的数字化医疗新范式。

  论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74742

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