李道亮，王帥星，王 聰

（1.國(guó)家數(shù)字漁業(yè)創(chuàng)新中心，北京 100083；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京 100083；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部智慧養(yǎng)殖技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

0 引言

現(xiàn)代漁業(yè)養(yǎng)殖中，魚類攝食行為是影響魚類生長(zhǎng)質(zhì)量的重要因素[1]，同時(shí)魚類所處水環(huán)境的參數(shù)，包括溫度、pH 值水平、氨氮含量、溶解氧含量等[2]，影響著魚類的生長(zhǎng)活動(dòng)，魚類行為和其所處環(huán)境的監(jiān)測(cè)可以幫助養(yǎng)殖者合理投喂餌料、減少魚類死亡，保證養(yǎng)殖場(chǎng)的產(chǎn)量和養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益最大化，對(duì)養(yǎng)殖者來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

目前，魚類行為檢測(cè)方法有光學(xué)、聲學(xué)遙測(cè)[3]等，還出現(xiàn)了各種植入型傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)魚類活動(dòng)和周圍環(huán)境，如AEFishBIT 生物傳感器[4]，三軸加速度傳感器[5]，主動(dòng)跟蹤幼魚的自供電聲學(xué)標(biāo)簽（self-powered acoustic tag，SPT）[6]。這些穿戴在魚體上的傳感器都選擇了剛性材料，使用時(shí)需要對(duì)魚類進(jìn)行麻醉手術(shù)將傳感器綁在魚鰓或者塞在魚體內(nèi)，操作較為復(fù)雜并且會(huì)影響魚類正?；顒?dòng)，其中刺穿魚體標(biāo)簽的使用對(duì)鰓和鰓蓋產(chǎn)生了負(fù)面影響[7]，嚴(yán)重的會(huì)引起魚組織撕裂，導(dǎo)致真皮和皮下組織無(wú)法完全重建或完成修復(fù)，影響魚類的存活率，同時(shí)這類傳感器生物相容性差，傳感標(biāo)簽會(huì)引起魚類排斥反應(yīng)，阻礙了魚類健康生長(zhǎng)。由于這些剛性傳感器的尺寸較大，往往不能用在幼魚的檢測(cè)上，大多需要定期拆卸來(lái)更換電池，標(biāo)簽還存在丟失的情況[8]。此外，常用的水質(zhì)檢測(cè)傳感器體積大、靈敏度低、檢測(cè)結(jié)果單一。因此，傳統(tǒng)的剛性傳感器很難滿足長(zhǎng)期、無(wú)損傷、連續(xù)監(jiān)測(cè)魚類行為和水環(huán)境情況的需要。

隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步和傳感技術(shù)的廣泛應(yīng)用，柔性電子以其優(yōu)異的柔韌性、延展性和生物相容性拓寬了應(yīng)用場(chǎng)景[9]，也為智慧漁業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的啟示。鑒于柔性可穿戴電子設(shè)備在生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，研究人員開始嘗試給魚類穿戴柔性電子傳感器，以解決傳統(tǒng)剛性傳感設(shè)備帶來(lái)的一系列問(wèn)題。到目前為止，研究人員開發(fā)了多種類、多用途、可穿戴的柔性傳感器用于檢測(cè)魚類行為和魚類生活的水環(huán)境。與傳統(tǒng)的剛性傳感器相比，柔性可穿戴設(shè)備不僅能夠準(zhǔn)確檢測(cè)魚類行為和周圍水環(huán)境的變化，而且具有良好的延展性，可以隨著魚類活動(dòng)而發(fā)生物理形變。此外，多功能柔性可穿戴設(shè)備可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)參數(shù)，系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)魚類的健康管理。同時(shí)，柔性可穿戴技術(shù)的發(fā)展對(duì)漁業(yè)檢測(cè)也產(chǎn)生了影響，已有多種柔性傳感薄膜被開發(fā)應(yīng)用于水產(chǎn)品的安全檢測(cè)上，可以低成本、快速準(zhǔn)確地在水產(chǎn)品的儲(chǔ)存、運(yùn)輸、售賣等環(huán)節(jié)對(duì)水產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，減少了產(chǎn)品浪費(fèi)和儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)南?，方便了養(yǎng)殖人員、售賣人員和消費(fèi)者，降低了食品安全出現(xiàn)問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。

基于以上優(yōu)勢(shì)，魚類柔性可穿戴設(shè)備將成為下一代農(nóng)業(yè)電子產(chǎn)品的新風(fēng)向標(biāo)。本文對(duì)柔性可穿戴傳感裝置在漁業(yè)上的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析與討論，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，以期為現(xiàn)代漁業(yè)中基于柔性可穿戴技術(shù)的先進(jìn)感知技術(shù)和智能傳感器研發(fā)提供參考。

1 柔性傳感裝置

柔性可穿戴傳感器的相關(guān)概念和產(chǎn)品正在逐漸成為研究熱點(diǎn)，根據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制，柔性可穿戴傳感器包括壓阻傳感器[10]、電容傳感器[11]、壓電傳感器[12-14]。本章將從柔性傳感裝置的柔性材料、制造工藝、能源供應(yīng)和通信系統(tǒng)幾個(gè)方面進(jìn)行介紹分析。

1.1 柔性材料

柔性傳感器中使用的具有延展性的材料稱為柔性材料，可分為三類：基底材料、功能材料和封裝材料。表1 展示了幾種常用的柔性材料。

基底材料用于支撐功能電路，其應(yīng)該具有拉伸和彎曲能力以應(yīng)用于柔性電子器件?，F(xiàn)有的常見基底柔性材料[22]包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）、聚酰亞胺（polyimide，PI）、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）、聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）和聚萘二甲酸乙二醇酯（polyethylene naphthalate，PEN）。PET 具有優(yōu)異的電絕緣性能，可用作器件封裝層，同時(shí)還具有透光性，可用作光學(xué)傳感器的保護(hù)層。與PET 材料相比，PI 最大的優(yōu)點(diǎn)是耐熱性優(yōu)異，具有極好的環(huán)境穩(wěn)定性，不受溫度或濕度的影響，可以用作傳感器的保護(hù)層，防止外部刺激影響設(shè)備性能。聚二甲基硅氧烷（PDMS）是目前制造柔性和可拉伸電子器件最常用的柔性材料[23]，它具有良好的柔韌性，在高溫和低溫環(huán)境中都是一種優(yōu)秀的力敏材料。此外，PDMS 具有良好的介電特性，可用作壓力傳感器的介質(zhì)。PDMS 還具有一定的透氣性，廣泛用于壓力傳感、柔性可穿戴設(shè)備和設(shè)備包裝等領(lǐng)域。

柔性電子器件的性能主要取決于所選擇的功能材料，包括導(dǎo)電材料和各種半導(dǎo)體材料[24]。導(dǎo)電材料包括金屬薄膜、導(dǎo)電銀漿、新型納米油墨等，半導(dǎo)體材料包括半導(dǎo)體納米線、石墨烯和碳納米管等[25]。結(jié)合流體剪切和靜電相互作用，CAI 等[26]提出了一種簡(jiǎn)便的納米顆粒的大規(guī)模定向和組裝方法，同時(shí)證明了該方法對(duì)其他導(dǎo)電納米顆粒組裝的普遍性，包括鍍銀玻璃球、碳納米管（carbon nanotube，CNT）和石墨烯。這種方法為大規(guī)模制造基于導(dǎo)電納米顆粒的功能復(fù)合材料提供了一條道路。MIN 等[27]使用一種簡(jiǎn)單的全溶液工藝，在昆蟲仿生粘合劑結(jié)構(gòu)上制造了一種疏水、可拉伸的碳納米管植入導(dǎo)電復(fù)合電極，開發(fā)了一種受甲蟲啟發(fā)的黏性貼片，該貼片具有納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，適用于各向同性可拉伸的柔性電子皮膚。納米材料的優(yōu)異性能[23]，包括吸附性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、柔性、低質(zhì)量和高比表面積，使其在可穿戴傳感器中不可替代。

封裝材料是柔性電子器件的最外層，內(nèi)部包裹著功能電路，外部接觸應(yīng)用環(huán)境，需要具有柔韌性和延展性，同時(shí)在某些應(yīng)用條件下，需要滿足防水性、透光性和電磁屏蔽特性。聚合材料和水凝膠材料顯示出良好的性能。最近，CHENG 等[28]報(bào)道了一種非標(biāo)準(zhǔn)的酚醛聚合物表現(xiàn)出很強(qiáng)的水下吸附能力。在鄰苯二酚部分添加羥基增強(qiáng)了黏附能力。苯乙烯單體上具有4 個(gè)或5 個(gè)羥基的酚聚合物，極好的水下吸附，這些非標(biāo)準(zhǔn)酚基具有優(yōu)異的吸附性能，只需要少量添加到聚苯乙烯中，在不同基材上產(chǎn)生強(qiáng)大的水下附著力，特別是就可在液體環(huán)境中的長(zhǎng)期應(yīng)用表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和耐久性，可以用來(lái)制作用于水下的柔性傳感器。PAN 等[29]創(chuàng)新性地將具有類神經(jīng)納米網(wǎng)絡(luò)的原花青素/還原氧化石墨烯（PC/rGO）復(fù)合材料摻入到甘油塑化的PVA 硼砂水凝膠系統(tǒng)中，獲得了仿生觸覺(jué)PC/rGO/PVA 水凝膠，這項(xiàng)工作還通過(guò)水凝膠網(wǎng)絡(luò)的分層設(shè)計(jì)提供了一種模擬天然皮膚觸覺(jué)能力的新途徑，PC/rGO/PVA 水凝膠有望應(yīng)用于仿生電子皮膚、應(yīng)變傳感器、生物電極和軟機(jī)器人。在最近的研究中，WANG 等[30]開發(fā)了一種受水螅觸手啟發(fā)的水凝膠，具有極好的水下拉伸性和對(duì)光滑表面的水下黏附性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)章魚、鲇魚表皮等多種生物表面的高效和可重復(fù)的水下黏附。鑒于該功能性水凝膠良好的細(xì)胞相容性和抗菌活性，其在魚類可穿戴設(shè)備領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

碳納米材料、聚合物材料尤其是水凝膠材料顯示出良好的開發(fā)和應(yīng)用潛力，碳基材料傾向于獲得優(yōu)異的壓電性能[31]，從而提升功能材料的性能；水凝膠材料更注重柔韌性、吸附性和滲透性[32]，適合做柔性電子器件的封裝材料。由于漁業(yè)應(yīng)用的特殊性，新材料的開發(fā)應(yīng)用尤為重要，需要找到合適的材料，使制作出的魚用柔性可穿戴傳感器滿足生物相容性、防水性等要求，在漁業(yè)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的突破和優(yōu)化。

1.2 柔性電子器件的制造

除了柔性材料的選擇，制備傳感器的核心步驟是將導(dǎo)電傳感材料與柔性基底相集成制備出敏感元件[33]。常見的制備方法包括光刻[34]、印刷[35]和卷對(duì)卷制造[36]。光刻是實(shí)現(xiàn)集成電路復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一，DADRAS-TOUSSI 等[37]采用光刻工藝，在PDMS 基板上制造了基于酶的柔性生物傳感器，可用于各種微電子元件和器件，為柔性生物傳感器、納米電子學(xué)、免疫細(xì)胞療法等新興領(lǐng)域的各種應(yīng)用提供柔性導(dǎo)電微結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法。常見的印刷方法包括軟蝕刻[38]、納米壓印[39]、絲網(wǎng)印刷[40]和噴射印刷[41]，其中，絲網(wǎng)印刷法原理簡(jiǎn)單，成本低廉，可以用于大面積印刷，YANG 等[42]通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)制作出一款適用于低成本、大面積生產(chǎn)的柔性壓力傳感器，有望用于能夠監(jiān)測(cè)動(dòng)物心率等生理信號(hào)的電子皮膚。氣溶膠噴射印刷[43]可以實(shí)現(xiàn)柔性電子器件所有層的印刷，F(xiàn)UJIMOTO 等[44]通過(guò)在柔性聚合物基板上噴涂銀納米顆粒墨水的方法制作應(yīng)變傳感材料，制備了一種靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快的基于電容的柔性應(yīng)變傳感器（capacitance-based strain gauge，CSG），與最為廣泛的基于電阻的柔性應(yīng)變傳感器（resistancebased strain gauge，RSG）易受溫度、拉伸的影響相比，更加適用于水體中魚類的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。

傳統(tǒng)方法制作柔性傳感器過(guò)程復(fù)雜，新的生產(chǎn)技術(shù)仍有待開發(fā)。激光誘導(dǎo)石墨烯（laser-induced graphene，LIG）[45]自2014 年被報(bào)道以來(lái)，因其快速、無(wú)掩模、低成本、可定制而受到越來(lái)越多的關(guān)注，在對(duì)柔性和功能性要求較高的可穿戴電子設(shè)備和生物傳感器領(lǐng)域顯示出其潛力。LAN 等[46]應(yīng)用激光直寫技術(shù)，在襯底上覆蓋氧化石墨烯，進(jìn)一步提高了柔性PI 基底濕度傳感器的制作速度和性能。此外，值得注意的是，3D 打印技術(shù)[47]作為一種蓬勃發(fā)展的增材制造技術(shù)，其適用性顯而易見，具有簡(jiǎn)單、快速制造的能力，可以精確制造一個(gè)完整的系統(tǒng)，特別是在與生物體相關(guān)的設(shè)備中，3D 打印技術(shù)可以用來(lái)打印各種具有傳感功能的裝置，為魚類可穿戴設(shè)備的制造提供更多選擇。

1.3 柔性電子的能源供應(yīng)和通信系統(tǒng)

隨著魚類可穿戴設(shè)備的發(fā)展，能源供應(yīng)問(wèn)題成為限制其廣泛應(yīng)用的重要因素[48]，傳統(tǒng)的能源供應(yīng)系統(tǒng)很難滿足傳感器不間斷工作的能源需求，傳統(tǒng)電池也不能持續(xù)提供能量并且容易泄漏，造成環(huán)境污染，給漁業(yè)帶來(lái)不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。摩擦電納米發(fā)電機(jī)（triboelectric nanogenerators，TENG）自問(wèn)世以來(lái)，因?yàn)槠涑杀镜蚚49]、形狀適應(yīng)性強(qiáng)、無(wú)材料限制和高輸出性能等優(yōu)點(diǎn)，已成為替代傳統(tǒng)傳感器能源供應(yīng)系統(tǒng)的良好選擇。這種供電裝置利用摩擦發(fā)電效應(yīng)將環(huán)境中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，可以提供穩(wěn)定的能源，保證裝置的長(zhǎng)期運(yùn)行。魚類在水下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能為TENG 的運(yùn)行提供了條件，目前，一些研究者將其應(yīng)用在魚類可穿戴設(shè)備上，為魚類養(yǎng)殖階段的監(jiān)測(cè)提供能量。

WANG 等[50]設(shè)計(jì)了具有抗菌涂層的氣囊摩擦電納米發(fā)電機(jī)（AS-TENG），并首次將TENG 運(yùn)用在魚類可穿戴設(shè)備中，提出了一種基于TENG 的用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)魚尾擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的智能平臺(tái)（wearable data snooping platform，F(xiàn)DSP），如圖1 所示。

工作時(shí)將其環(huán)繞穿戴在魚尾，其中AS-TENG 的設(shè)計(jì)為柔性氣囊結(jié)構(gòu)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)向氣囊施加機(jī)械應(yīng)力，氣流可以在AS-TENG 中循環(huán)，并引起TENG 的接觸分離運(yùn)動(dòng)，以產(chǎn)生輸出信號(hào)。該研究采用了抗菌涂層來(lái)提高生物相容性。還有研究者采用更加環(huán)境友好、生物相容的天然柔性材料來(lái)制作TENG，MA 等[51]研究了一種基于柔性魚鰾膜單電極的摩擦電納米發(fā)電機(jī)（FBFTENG），柔性魚鰾膜單電極是通過(guò)在天然生物廢棄物魚鰾薄膜（fish bladder film，F(xiàn)BF）表面直接沉積銅納米顆粒而制備的，該TENG 的工作機(jī)制是將FBF 用作摩擦層，氟化乙烯丙烯（FEP）膜用作活性層，電荷來(lái)源于摩擦起電和靜電感應(yīng)。由于由天然可降解的FBF 制成，該TENG 生物相容性較好，具有超輕、超薄和柔韌耐用的優(yōu)點(diǎn)，是電子皮膚和可穿戴電子產(chǎn)品的理想選擇之一。SUN 等[52]選取天然材料——廚余魚鱗中提取的魚明膠（fish gelatin，F(xiàn)G）薄膜來(lái)做TENG 的摩擦層，并分別用多巴胺和氟化硅烷對(duì)兩個(gè)摩擦層進(jìn)行改性，以作為TENG 的一對(duì)摩擦層，所獲得的透明柔性TENG 顯示出顯著的輸出性能，為經(jīng)濟(jì)高效、綠色和可持續(xù)的柔性可穿戴電子產(chǎn)品鋪出一條道路。

TENG 的出現(xiàn)和發(fā)展為柔性傳感裝置提供了優(yōu)越的能源供應(yīng)。與傳統(tǒng)電源相比，它可以提供耐用、免維護(hù)、環(huán)保的能源。然而，這種自充電裝置存在制造工藝復(fù)雜、運(yùn)行要求高、能量收集相對(duì)簡(jiǎn)單等局限性。因此，有效解決傳感設(shè)備的能量供應(yīng)是不可忽視的關(guān)鍵問(wèn)題。

在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，測(cè)量信號(hào)可以通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器，但如果將類似方案直接應(yīng)用于魚類的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，額外的連接會(huì)使可穿戴設(shè)備變得笨重從而影響魚類的活動(dòng)。無(wú)線電子技術(shù)已與可穿戴設(shè)備相結(jié)合：可穿戴設(shè)備獲取的魚類生長(zhǎng)狀態(tài)、水環(huán)境以及水產(chǎn)品等數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)化為光信號(hào)或電信號(hào)，通過(guò)現(xiàn)有的電子設(shè)備如智能手機(jī)、射頻設(shè)備等進(jìn)行接收。目前，信號(hào)傳輸[53]主要基于射頻識(shí)別技術(shù)、Wi-Fi 和藍(lán)牙信號(hào)傳輸?shù)取Ｍ瑫r(shí)，已經(jīng)出現(xiàn)了制造柔性天線的替代技術(shù)，比如ZHANG等[54]基于石墨烯組裝薄膜（graphene assembled film，GAF）制作了一款柔性射頻傳感器，可用作無(wú)線可穿戴傳感器的柔性天線。SINDHU 等[55]利用CO2激光誘導(dǎo)石墨烯（laser-induced graphene，LIG）制造了一款柔性貼片天線，并基于該天線設(shè)計(jì)一種柔性、緊湊的物聯(lián)網(wǎng)傳感器，可將其應(yīng)用在魚類可穿戴設(shè)備上。魚類可穿戴設(shè)備的信號(hào)傳輸還有很多困難需要克服。例如Wi-Fi、藍(lán)牙信號(hào)在水下衰減嚴(yán)重，傳播距離受限，同時(shí)大多數(shù)設(shè)備數(shù)據(jù)含有大量冗余信息、不相關(guān)信息和噪聲，如何高效提取有價(jià)值的信息也是一大挑戰(zhàn)。

2 柔性傳感器在漁業(yè)中的應(yīng)用

隨著新型材料的發(fā)展和電子技術(shù)的進(jìn)步，柔性傳感器向著超薄、超輕、高透明、無(wú)線傳輸、可穿戴、環(huán)境友好的方向發(fā)展[56]。柔性電子憑借優(yōu)異的生物相容性、可長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)性、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)在智慧漁業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。研究者們將柔性電子設(shè)備應(yīng)用在漁業(yè)中，結(jié)合各種穿戴方式固定在魚體上以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)魚類生長(zhǎng)環(huán)境和生理狀態(tài)。同時(shí)，柔性電子技術(shù)也被應(yīng)用在水產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)上。下文將對(duì)這些應(yīng)用進(jìn)行介紹分析。

2.1 水環(huán)境監(jiān)測(cè)

在漁業(yè)養(yǎng)殖中，魚類對(duì)水環(huán)境有一定的要求和適應(yīng)性[57]，同時(shí)魚類的進(jìn)食、活動(dòng)、繁殖、排泄等對(duì)水環(huán)境也有影響，從而形成了一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，因此，要想魚類正常生長(zhǎng)，就需要對(duì)其所在水環(huán)境參數(shù)[58-59]，包括溫度、pH 值水平、氨氮含量、溶解氧含量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)控。水溫是魚類養(yǎng)殖最重要的環(huán)境因子，水溫高低會(huì)直接或間接影響魚類的代謝活動(dòng)和生長(zhǎng)。常規(guī)魚類適宜的水環(huán)境中pH 值為7.5～8.5，若水質(zhì)偏酸，魚類容易生病，而且致病菌大量繁殖不利于養(yǎng)殖，若偏堿，魚類會(huì)受到水體中氨氮的毒害而中毒甚至死亡，因此氨氮的監(jiān)測(cè)也尤為重要。水體溶解氧的含量對(duì)魚類攝食、消化、呼吸、運(yùn)動(dòng)均產(chǎn)生直接影響，養(yǎng)殖中一般對(duì)溶解氧的最低含量有一定要求。傳統(tǒng)養(yǎng)殖采用剛性傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，存在反應(yīng)較慢、精度不高、穩(wěn)定性差、體積偏大、需要定期維護(hù)等缺點(diǎn)，而柔性可穿戴傳感器則可以做到快速、精確、無(wú)線、多參數(shù)同時(shí)監(jiān)測(cè)。表2 列舉了一些用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)的柔性傳感器及其相關(guān)參數(shù)。

表2 用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)的柔性可穿戴傳感器Table 2 Flexible wearable sensors for water environment monitoring

SHAIKH 團(tuán)隊(duì)[64]開發(fā)了一種防水超輕（＜2.4 g）、尺寸超?。?5 mm×55 mm×0.3 mm）、物理柔性和可拉伸、獨(dú)立無(wú)線多參數(shù)傳感器（電導(dǎo)率、溫度、深度）“海洋皮膚”平臺(tái)，將傳感標(biāo)簽安裝在梭子蟹上，能夠在惡劣的海洋環(huán)境中連續(xù)記錄深度、溫度和鹽度，后來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)，變輕、更小、更靈活，并且具有堅(jiān)固的相容性包裝，顯著減少了在長(zhǎng)時(shí)間部署后產(chǎn)生的生物污染，通過(guò)標(biāo)記鯛魚證明了對(duì)不同體型物種有效的無(wú)創(chuàng)附著策略，不會(huì)妨礙動(dòng)物的自然活動(dòng)和行為。與其他具有類似感官功能的海洋標(biāo)簽相比，這款“海洋皮膚”在靈活性、可拉伸性、非侵入性、舒適性、輕薄性（系統(tǒng)質(zhì)量＜0.5 g，整個(gè)可穿戴小工具質(zhì)量＜3 g）等方面均表現(xiàn)出優(yōu)異性能，具有經(jīng)驗(yàn)證的堅(jiān)固性和在高壓下的穩(wěn)定性能。圖2a 展示了“海洋皮膚”無(wú)創(chuàng)穿戴的幾種方式。除了“海洋皮膚”，CHENG 等[61]基于離電式傳感技術(shù)（flexible61ontronic sensing，F(xiàn)ITS）開發(fā)了一種多模態(tài)柔性傳感裝置，稱為“水生皮膚”，實(shí)現(xiàn)了水下深度、溫度、鹽度、接觸壓力和觸覺(jué)映射的多模態(tài)電子傳感，如圖2b，通過(guò)外層的疏水凝膠將“水生皮膚”粘附在錦鯉尾巴上，不僅可以監(jiān)測(cè)水體環(huán)境，還可以通過(guò)壓力的測(cè)量反映出魚類的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為解決特殊的水下觸覺(jué)和環(huán)境傳感提供了一種方案。

圖2 穿戴在魚體上的柔性傳感器[60-61,65]Fig.2 Flexible sensors worn on fish body[60-61,65]

除了上述穿戴在魚體上完整的柔性可穿戴傳感平臺(tái)，部分研究者結(jié)合材料、電子制造等提出并制作了可以適用于魚類生活環(huán)境的柔性傳感器，經(jīng)過(guò)外形加工，可將其應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)上。KAIDAROVA 等[62]使用激光誘導(dǎo)石墨烯（LIG）的方法，在PI 薄膜集成了3 種不同的LIG 傳感器，生產(chǎn)了一種柔性CTD 溫鹽深傳感器，經(jīng)過(guò)測(cè)試，可以長(zhǎng)時(shí)間在高壓（最大12 MPa）、高鹽度的海水中應(yīng)用，適用于海洋動(dòng)物生活環(huán)境的監(jiān)測(cè)。LI等[63]用光刻金屬薄膜的方法制作了耐壓的柔性溫度和鹽度傳感器，該傳感器在高達(dá)15 MPa 的靜水壓力下表現(xiàn)出高線性度和可忽略的遲滯，同時(shí)柔軟的PDMS 為傳感器提供了出色的封裝能力，研究指出，該傳感器可與各種平臺(tái)（如“海洋皮膚”）集成，以監(jiān)測(cè)水環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。這些適用于水下的柔性傳感器，未來(lái)可與各種平臺(tái)集成進(jìn)行相關(guān)研究，如動(dòng)物標(biāo)簽、分析浮標(biāo)、潛水設(shè)備等。

雖然已有多種柔性可穿戴傳感器被研制應(yīng)用在水環(huán)境監(jiān)測(cè)上，但其測(cè)量參數(shù)均有限，仍存在一些問(wèn)題使水環(huán)境中重要參數(shù)如溶解氧、氨氮含量等未能被測(cè)量。小型柔性溶解氧傳感器已被成功制作[66]并應(yīng)用于微型、剛性水質(zhì)檢測(cè)傳感設(shè)備[67]，目前少有研究將其用在柔性可穿戴設(shè)備上，未來(lái)通過(guò)集成改進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于水體氨氮含量檢測(cè)，介于其檢測(cè)原理和可穿戴設(shè)備體積的限制，氨氮檢測(cè)裝置的小型化目前較多采用電化學(xué)和微流控技術(shù)相結(jié)合的方法[68]，將其用于柔性可穿戴設(shè)備仍有較大的研究空間和難度。

2.2 魚類運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)

魚類運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)養(yǎng)殖具有重要意義，可以幫助養(yǎng)殖者更合理地投喂飼料進(jìn)而管理魚群數(shù)量，提高養(yǎng)殖效率，提高養(yǎng)殖收益[69]。大部分養(yǎng)殖過(guò)程中的投喂都是基于魚類攝食節(jié)律[70]，因此，針對(duì)魚類攝食等行為的研究對(duì)當(dāng)代漁業(yè)的科學(xué)養(yǎng)殖至關(guān)重要。

目前，研究魚類行為最常用方法是視覺(jué)分析和聲學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)[71]，基于運(yùn)動(dòng)圖像的視覺(jué)方法對(duì)魚類的干擾很小，但對(duì)光照條件和水環(huán)境情況較為苛刻，這意味著無(wú)法對(duì)所有水下環(huán)境（尤其是較為渾濁的水體）中魚類的行為進(jìn)行全天候監(jiān)控。而聲波所攜帶的信息有限且易受環(huán)境干擾，聲學(xué)標(biāo)簽還存在丟失問(wèn)題[72]。盡管電子標(biāo)簽技術(shù)不斷進(jìn)步，但是大部分涉及動(dòng)物舒適性、非侵入性附著、可適應(yīng)各種水生生物（小到幼魚，大到大型哺乳動(dòng)物）的問(wèn)題仍然沒(méi)有很好的解決方案。因此，有必要找到一種不同的監(jiān)測(cè)方法，并設(shè)計(jì)一款體積小、易附著、生物相容的水下電子標(biāo)簽系統(tǒng)，能夠在各種水下條件下實(shí)時(shí)、高分辨率的檢測(cè)魚類行為[64]。

先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)和柔性電子技術(shù)的進(jìn)一步結(jié)合正在推動(dòng)柔性傳感器的發(fā)展。ZHANG 等[65]開發(fā)了可防水的柔性可穿戴傳感器，并設(shè)計(jì)了一種超柔軟硅膠夾克包裹在游魚身上，如圖2c，這種超柔軟的硅膠夾克采用了多齒拉鏈結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同尺寸的斑馬魚，用于在沒(méi)有混雜鎮(zhèn)靜作用的情況下長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)斑馬魚的心電圖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了微心電圖（micro-electrocardiogram，μECG）遙測(cè)，以揭示斑馬魚心率（heart rate，HR）和心率變異性（heart rate variability，HRV）的晝夜變化，提供了心臟損傷和修復(fù)期間新生理現(xiàn)象以及心臟藥物介導(dǎo)的異常節(jié)律的第一手證據(jù)。WANG 等[50]在2022 年首次將摩擦電納米發(fā)電機(jī)應(yīng)用于魚類運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，演示了一種用于研究魚類運(yùn)動(dòng)學(xué)的多功能魚類可穿戴數(shù)據(jù)窺探平臺(tái)（FDSP）（如圖1），該FDSP 是基于氣囊摩擦電納米發(fā)電機(jī)（AS-TENG）、抗菌納米涂層和無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊的結(jié)合而制造的。AS-TENG 不僅可以從魚類游泳中獲取能量，還可以作為自供能的感覺(jué)模塊來(lái)監(jiān)控魚類的游泳行為。與傳統(tǒng)的利用圖像或聲波來(lái)研究魚類運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法不同，該FDSP 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)魚類行為的盲視實(shí)時(shí)無(wú)線監(jiān)測(cè)，通過(guò)無(wú)線通信系統(tǒng)，在手機(jī)中可以獲得魚運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)參數(shù)，包括擺動(dòng)角度、擺動(dòng)頻率，甚至是典型的擺動(dòng)姿勢(shì)。這種FDSP 的出現(xiàn)可以極大地促進(jìn)水下自供電傳感器、可穿戴跟蹤設(shè)備、魚類行為研究等領(lǐng)域發(fā)展。

柔性可穿戴設(shè)備在魚類生活環(huán)境監(jiān)測(cè)和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)中展現(xiàn)出了應(yīng)用潛力。生物標(biāo)志物[73]是可用于魚類疾病診斷和預(yù)測(cè)的物理化學(xué)分析物，如代謝物、心率等，其監(jiān)測(cè)對(duì)于魚病的及時(shí)診斷和精準(zhǔn)用藥具有至關(guān)重要的意義，可以確保漁業(yè)安全生產(chǎn)?？纱┐鱾鞲屑夹g(shù)在這些方向上仍有較大的應(yīng)用空間，可以借鑒醫(yī)用柔性電子技術(shù)[74]，不斷增加新的應(yīng)用場(chǎng)景、延長(zhǎng)傳感器壽命、提高傳感器能力、提高供電和通信能力、采用更好的附著技術(shù)等，以滿足更精準(zhǔn)更有價(jià)值的養(yǎng)殖需求。

2.3 水產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)

在魚肉腐敗的早期階段，利用視覺(jué)和嗅覺(jué)等感官實(shí)現(xiàn)魚類產(chǎn)品高精度的動(dòng)態(tài)檢測(cè)具有挑戰(zhàn)性，很容易導(dǎo)致食品安全問(wèn)題[75]。為了經(jīng)濟(jì)效益最大化[76]，部分養(yǎng)殖者在養(yǎng)殖過(guò)程中會(huì)投入大量抗菌藥物，若這些水產(chǎn)品流入市場(chǎng)，會(huì)給消費(fèi)者帶來(lái)嚴(yán)重威脅。與傳統(tǒng)的傳感系統(tǒng)相比，柔性傳感系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中的質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：柔性傳感器輕質(zhì)、體積小、可以直接穿戴在活魚等水產(chǎn)品上或連接到食品包裝進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)，此外，柔性傳感器的使用可以不損傷水產(chǎn)品和包裝，降低了食品污染風(fēng)險(xiǎn)。為了減少食品安全問(wèn)題，研究者們開發(fā)了多種柔性傳感器，方便售賣人員和消費(fèi)者了解水產(chǎn)品的新鮮程度等質(zhì)量狀況，相關(guān)研究如表3 所示。

表3 水產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)方法Table 3 Methods for quality detection of aquatic products

2.3.1 生物胺檢測(cè)

魚肉是一種高蛋白、高脂肪、高熱量的肉類，在其運(yùn)輸、貯藏和加工過(guò)程中易產(chǎn)生大量生物胺[85]，生物胺是一類低分子量含氮有機(jī)化合物，廣泛存在于富含蛋白質(zhì)和氨基酸的食物中，大多可由微生物將氨基酸分解生成[86]。常見的生物胺有組胺、酪胺、腐胺、尸胺等，其中組胺[77]通常作為食品質(zhì)量的化學(xué)指標(biāo)和評(píng)估食品加工條件、微生物污染的指示劑。生物胺食用后易引發(fā)食物中毒，如攝入一定數(shù)量的組胺（通常是在變質(zhì)的魚中）會(huì)造成“肉瘤樣中毒”。因此可將生物胺含量作為魚類產(chǎn)品的一項(xiàng)重要品質(zhì)指標(biāo)[87]，如何對(duì)魚類產(chǎn)品中生物胺進(jìn)行有效檢測(cè)，是魚類產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。目前有許多檢測(cè)生物胺的方法[88-89]，包括氣相色譜法、液相色譜法、電化學(xué)裝置和光學(xué)傳感技術(shù)。其中氣相色譜法、液相色譜法通常需要昂貴的設(shè)備、大量的分析時(shí)間和經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)的人員，而電化學(xué)裝置和光學(xué)傳感器可以結(jié)合柔性電極重量輕、成本低、小型化等幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中制作出低成本、快速、特異性強(qiáng)、靈敏的柔性可穿戴生物胺檢測(cè)分析工具。

電化學(xué)傳感器[90]具有操作簡(jiǎn)單、響應(yīng)迅速、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是食品分析和檢測(cè)的一種有前景的方法，柔性電子技術(shù)的出現(xiàn)推動(dòng)了其發(fā)展，SHKODRA 等[77]通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)將典型的三電極傳感器布局轉(zhuǎn)移到PET 柔性基板上，緊接著在電極上噴霧沉積單壁碳納米管并將抗組胺抗體固定在上面，開發(fā)出了用于組胺檢測(cè)的柔性免疫傳感器，可用于快速、低成本地分析組胺。該研究所提出的柔性免疫傳感器制作方法是一種很有前景的分析方法，為柔性可穿戴傳感器在魚類產(chǎn)品上檢測(cè)提供了一定借鑒。其中襯底和油墨的優(yōu)化，以及改進(jìn)抗體在單壁碳納米管上的附著以提高機(jī)械性能，可以提高傳感器在多種應(yīng)用中的可靠性。魚類產(chǎn)品腐敗期間會(huì)釋放多種揮發(fā)性胺，KUSWANDI 等[78]發(fā)現(xiàn)聚苯胺（polyaniline，PANI）薄膜的顏色變化與魚類產(chǎn)品的揮發(fā)性胺含量密切相關(guān)，他們利用PANI 薄膜制作了一款柔性化學(xué)傳感器，觀察薄膜的顏色即可判斷魚類產(chǎn)品的腐敗情況，可將其進(jìn)一步研究，實(shí)現(xiàn)低成本批量生產(chǎn)，與包裝技術(shù)相結(jié)合制作食品智能包裝。

光學(xué)傳感器由于高靈敏度和良好的選擇性而受到越來(lái)越多的關(guān)注。其中比率熒光系統(tǒng)顯示出作為理想光學(xué)傳感器的巨大潛力，具有優(yōu)異的精度、操作簡(jiǎn)單、分析時(shí)間短和易于可視化等特點(diǎn)。結(jié)合纖維素材料生物相容性、生物降解性等優(yōu)異特性，JIA 等[79]設(shè)計(jì)了一種纖維素基比率熒光材料，提出了一種監(jiān)測(cè)海鮮新鮮度的可視化方法，他們通過(guò)將異硫氰酸熒光素（fluorescein isothiocyanate，F(xiàn)ITC）和原卟啉IX（protoporphyrin ix，PpIX）發(fā)光劑按比例混合連接到纖維素骨架上，成功將其轉(zhuǎn)化為優(yōu)異的固體熒光材料，所制備的比率熒光材料不僅對(duì)生物胺表現(xiàn)出快速和可逆的反應(yīng)，而且具有很好的加工性，基于以上材料制作的納米纖維膜被成功地用作低成本、高對(duì)比度、快速響應(yīng)的熒光標(biāo)簽，用于視覺(jué)監(jiān)測(cè)蝦和蟹的新鮮度，與監(jiān)測(cè)海鮮新鮮度的常用方法相比，該智能標(biāo)簽提供了高對(duì)比度的顏色變化，可實(shí)時(shí)、直觀、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)海鮮新鮮程度。圖3a 展示了該智能商標(biāo)監(jiān)測(cè)蝦的新鮮度的過(guò)程。

柔性材料的發(fā)展為生物胺的檢測(cè)提供了新的傳感器載體，在結(jié)合傳統(tǒng)電化學(xué)、光學(xué)技術(shù)后，出現(xiàn)了更加便捷、新穎的檢測(cè)方法，同時(shí)由于新材料的使用降低了檢測(cè)成本，柔性材料在食品檢測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的開發(fā)潛力。紙基傳感器[91]便是材料科學(xué)與檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的代表之一，受到越來(lái)越多的關(guān)注，憑借低成本、生物相容性好和易于降解等固有的優(yōu)異特性，其使用已擴(kuò)展到多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，例如臨床診斷，食品安全，環(huán)境監(jiān)測(cè)等，但也存在穩(wěn)定性不高、可穿戴對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟮葐?wèn)題需要進(jìn)一步解決。

2.3.2 抗菌藥物檢測(cè)

魚類產(chǎn)品中經(jīng)常檢測(cè)到抗菌藥物，這類藥物會(huì)導(dǎo)致環(huán)境和健康問(wèn)題。孔雀石綠（malachite green，MG）[92]是漁業(yè)養(yǎng)殖場(chǎng)和活魚運(yùn)輸過(guò)程中禁用但仍經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)使用的抗菌劑，具有潛在的致癌性、致突變性和致畸性，磺胺類藥物（sulfonamide，SN）[75]同樣具有致癌性，長(zhǎng)期攝入磺胺類藥物過(guò)量的食物會(huì)損害健康，誘發(fā)多種疾病。因此，作為一項(xiàng)必要的檢驗(yàn)項(xiàng)目，在運(yùn)輸期間以及進(jìn)入市場(chǎng)前對(duì)活魚進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)抗菌藥物篩查對(duì)確保食品安全非常重要。

柔性材料和柔性電極的出現(xiàn)為分析化學(xué)提供了新的靈感和設(shè)計(jì)。表面增強(qiáng)拉曼散射（surface-enhanced raman scattering，SERS）在MG 檢測(cè)上是一種很有前景的方法[93]，研究者們將其與柔性傳感技術(shù)結(jié)合后，制作出了可穿戴在魚類產(chǎn)品上進(jìn)行MG 檢測(cè)的柔性薄膜傳感器。OUYANG等[80]制作了用石墨烯包裹銀陣列的柔性傳感器，提出了一種改進(jìn)的SERS 策略，開發(fā)出一種新的MG 檢測(cè)方式，其中石墨烯包裹銀陣列膜作為襯底，極大地促進(jìn)了襯底的SERS 增強(qiáng)效果，實(shí)現(xiàn)了對(duì)活魚MG 含量的靈敏、準(zhǔn)確、快速檢測(cè)。FAN 等[81]用檸檬酸鹽還原制備了銀納米粒子（AgNPs）并用各種鹵素陰離子對(duì)其進(jìn)行了改性以增強(qiáng)分析物的SERS 信號(hào)，將改性后的混合物與口香糖（主要成分為阿拉伯膠）混合，制備了一種柔性、黏性、靈敏度高的柔性SERS 傳感器（G-SERS），用于檢測(cè)運(yùn)輸過(guò)程和市場(chǎng)中活魚MG 含量，圖3b 展示了G-SERS 傳感器的制備和應(yīng)用。納米金（AuNPs）具有較大的比表面積、較高的吸附能力、良好的適用性和優(yōu)異的電催化能力，適用于電極修飾材料，以提高修飾電極的電化學(xué)傳感性能，QIU 等[82]采用激光直寫技術(shù)，在PI 襯底上制備了一種低成本的一次性激光誘導(dǎo)多孔石墨烯（Laserinduced porous graphene，LIPG）柔性電極。這種自制的LIPG 電極顯示出三維多孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的柔韌性，并用納米金（AuNPs）修飾該電極，制作了一個(gè)簡(jiǎn)單、快速、低成本的便攜式一次性廉價(jià)柔性電極來(lái)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)水產(chǎn)品中的磺酰胺（sulfonamide，SA），圖3c 展示了電極的制備及SA 檢測(cè)。這項(xiàng)工作將為3D 多孔柔性傳感器和電子設(shè)備中的智能傳感器領(lǐng)域的發(fā)展提供廣闊的前景。

2.3.3 pH 值檢測(cè)

魚肉中的細(xì)菌和微生物是魚肉變質(zhì)的主要因素[75]，細(xì)菌和微生物代謝的主要產(chǎn)物是氨基酸，會(huì)導(dǎo)致魚肉的pH 值隨著魚肉變質(zhì)而變化。因此，檢測(cè)魚類產(chǎn)品的pH值和食品包裝中的pH 值來(lái)反映魚的新鮮度也是一種可行的方法[94]。

為了實(shí)現(xiàn)低成本、易于使用、方便攜帶的目的，柔性傳感技術(shù)逐漸被應(yīng)用于魚類產(chǎn)品pH 值檢測(cè)。銦錫氧化物（indium tin oxide，ITO）膜的主要成分是In2O3和SnO2，是一種廣泛使用的柔性透明導(dǎo)電薄膜。由于其高電導(dǎo)率，ITO 膜也常被用作pH 傳感器電極。MU 等[75]基于商用的氧化銦錫（ITO）/PET 柔性襯底、Ag/AgCl參比電極設(shè)計(jì)了一種柔性的無(wú)線pH 傳感器系統(tǒng)，用于通過(guò)pH 值變化實(shí)時(shí)檢測(cè)魚類的新鮮度。使用該技術(shù)，無(wú)需進(jìn)一步的潔凈室工藝即可制造出非常低成本的pH傳感器。試驗(yàn)結(jié)果表明，該pH 傳感器可以用于魚類產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)，在一定程度上有效地解決了魚類產(chǎn)品的安全問(wèn)題。后來(lái)該團(tuán)隊(duì)對(duì)上述傳感器進(jìn)行了改進(jìn)[83]，設(shè)計(jì)了一種水凝膠涂層柔性pH 無(wú)線傳感器裝置，與前一種設(shè)計(jì)相比，水凝膠涂層增強(qiáng)了傳感器的pH 值響應(yīng)，解決了pH 指示劑膜難以準(zhǔn)確識(shí)別顏色變化和定量獲取氣體濃度等問(wèn)題，但是所采用的水凝膠存在吸收揮發(fā)性化合物的不可逆性的問(wèn)題，需要每次檢測(cè)后更換水凝膠涂層。圖3d 為該水為該水為該水凝膠涂層柔性pH 傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布局和檢測(cè)示意圖。以上兩種常用的電位型傳感器由兩個(gè)不同的電極組成，只有工作電極是有效的敏感區(qū)域。LI 等[84]基于聚苯胺（polyaniline，PANI）膜、叉指電極和聚酰亞胺（PI）襯底的結(jié)合開發(fā)了一種導(dǎo)電型微pH 傳感器。該傳感器的有效敏感面積為PANI膜的全面積，研究采用十二烷基苯磺酸（dodecylbenzene sulfonic acid，DBSA）對(duì)聚苯胺進(jìn)行摻雜，獲得了良好的導(dǎo)電性能。電極被蝕刻在PI 薄膜上，與上面兩種電位型pH 傳感器相比，PANI 和指間電極之間較大的接觸面積提高了pH 傳感器的響應(yīng)性，該方法為柔性可穿戴pH傳感器提供了新的思路。此外，POUNDS 等[95]以甘油為原料，合成了可以高靈敏度地識(shí)別pH 值變化的共聚物納米復(fù)合薄膜傳感器，可以作為智能食品包裝的實(shí)時(shí)視覺(jué)指標(biāo)標(biāo)簽。

柔性傳感器的成功制作為水產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)提供了一類有效的工具，同時(shí)證明了柔性設(shè)備在漁業(yè)方面的應(yīng)用潛力。相比傳統(tǒng)檢測(cè)方法，柔性傳感設(shè)備具有便攜、低成本等明顯優(yōu)勢(shì)，為其應(yīng)用及推廣奠定了基礎(chǔ)。但其仍然面臨許多問(wèn)題，一方面，柔性傳感器自身仍有很大的開發(fā)潛力，如生物胺檢測(cè)項(xiàng)目繁多，檢測(cè)項(xiàng)目之間關(guān)聯(lián)性較多，缺乏統(tǒng)一、有代表性的檢測(cè)方法，pH 檢測(cè)只能檢測(cè)pH 值隨食品質(zhì)量變化而變化的水產(chǎn)品等，另一方面，食品包裝材料嚴(yán)格的生物安全標(biāo)準(zhǔn)極大地限制了檢測(cè)水產(chǎn)品質(zhì)量的傳感器的選材，尤其是直接接觸食品的傳感器，同時(shí)傳感器的回收利用也需要考慮。柔性可穿戴電子設(shè)備在水產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用方面仍有許多障礙需要克服。

3 挑戰(zhàn)與展望

本文介紹了柔性可穿戴設(shè)備在監(jiān)測(cè)魚類活動(dòng)狀態(tài)、水體環(huán)境和水產(chǎn)品質(zhì)量方面的研究，柔性可穿戴設(shè)備憑借優(yōu)異的可拉伸性、輕便性和生物相容性在智慧漁業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。然而，相關(guān)研究大多還處于初級(jí)階段，對(duì)于傳感器、電路和其他電子元件，在可拉伸性、多功能集成、低成本制備等方面仍然存在許多挑戰(zhàn)，距離商業(yè)化生產(chǎn)和大面積投入應(yīng)用仍有較大差距。在解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題上，還有較多的研究方向可以突破，如制造更加生物相容且環(huán)境友好的材料、利用柔性技術(shù)開發(fā)新的應(yīng)用場(chǎng)景等，需要進(jìn)一步研究：

1）提高復(fù)雜條件下魚類可穿戴設(shè)備傳感的穩(wěn)定性和可靠性?，F(xiàn)有的魚類可穿戴設(shè)備大多只適用于實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用場(chǎng)景。而在漁業(yè)養(yǎng)殖過(guò)程中，魚類數(shù)量之多、環(huán)境之復(fù)雜，對(duì)于傳感器也是一種挑戰(zhàn)，需要開發(fā)下一代魚類可穿戴設(shè)備，包括新的傳感原理（如非接觸式光學(xué)方法、光譜方法等）、低剛度的緊湊超薄結(jié)構(gòu)、新材料的開發(fā)應(yīng)滿足高防水、抗老化、耐腐蝕等封裝層需求。

2）設(shè)計(jì)多參數(shù)一體化檢測(cè)的微型傳感系統(tǒng)。目前的可穿戴設(shè)備或是集中在魚類生理活動(dòng)監(jiān)測(cè)上，或是集中在水環(huán)境監(jiān)測(cè)上，同時(shí)，水產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目繁多，待開發(fā)一款可以代表性地完成多功能同步監(jiān)測(cè)的柔性可穿戴傳感器，多個(gè)檢測(cè)元件的疊加和集成會(huì)給傳感器制造工藝和設(shè)備尺寸帶來(lái)挑戰(zhàn)。因此，不僅需要發(fā)展新的傳感原理，而且需要根據(jù)傳感特性優(yōu)化柔性電路的布局，將多個(gè)參數(shù)集成到柔性基板上，使可穿戴設(shè)備更加緊湊實(shí)用，同時(shí)可以借鑒柔性電子在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，發(fā)展生物載體與柔性電子交互的智能傳感，從而極大地優(yōu)化柔性電子系統(tǒng)。

3）開發(fā)可靠的自供電模塊。目前大多數(shù)柔性傳感系統(tǒng)仍然是通過(guò)電池電源運(yùn)行的，當(dāng)大規(guī)模的魚類可穿戴設(shè)備應(yīng)用時(shí)，定期更換電池相當(dāng)復(fù)雜，長(zhǎng)期和連續(xù)供電將成為一個(gè)重大挑戰(zhàn)。有必要致力于開發(fā)耐用、生物相容性好的能量獲取裝置，該裝置能夠有效地將魚類運(yùn)動(dòng)的能量?jī)?chǔ)存并為傳感設(shè)備供電，如TENG，仍具有較大的開發(fā)應(yīng)用前景。

4）拓展柔性可穿戴設(shè)備在漁業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景。在未來(lái)的研究中，可以利用柔性應(yīng)變傳感器監(jiān)測(cè)魚類心率等，用來(lái)判斷魚類生理情況、分析魚類異常行為、測(cè)試醫(yī)學(xué)藥物等；還可以引入柔性生物傳感器，測(cè)量魚體表面分泌物含量，從而判斷魚類健康狀況、預(yù)測(cè)和診斷魚病等?？纱┐髟O(shè)備的應(yīng)用范圍十分廣闊，需要充分發(fā)揮柔性電子技術(shù)在漁業(yè)養(yǎng)殖和醫(yī)學(xué)研究的作用，不斷挖掘新的應(yīng)用方法。

柔性傳感技術(shù)的應(yīng)用向人們展示了一個(gè)可預(yù)見的未來(lái)，柔性可穿戴設(shè)備將會(huì)出現(xiàn)在漁業(yè)的多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，部署在漁業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)，將傳統(tǒng)業(yè)務(wù)智能化、數(shù)字化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)漁業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預(yù)警、智能決策、智能分析等功能。未來(lái)的工作還需要研究新材料、開發(fā)新的傳感設(shè)備、充分利用傳感設(shè)備采集的信息，使柔性可穿戴傳感技術(shù)在漁業(yè)上有更出色的應(yīng)用。