【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隨著分子生物學(xué)和基因組學(xué)的突飛猛進(jìn)，生物感知與信號(hào)傳遞背后的微觀原理正逐步揭示，為新一代具有新原理、新功能的仿生傳感器研究提供了重要的理論依據(jù)和全新的設(shè)計(jì)思路。以壓電離子彈性體為介電材料的離-電皮膚作為其中一類新興的仿生觸覺(jué)傳感器，不僅擁有柔軟的觸感以及受傷后像人體皮膚一樣的自愈合功能，還在模擬受體細(xì)胞在外力刺激下通過(guò)離子傳輸改變膜內(nèi)外電位差獲得了對(duì)壓力的感知功能。憑借這些獨(dú)特性能，仿生柔性傳感器正在全球掀起一場(chǎng)智能觸覺(jué)感知的技術(shù)浪潮。
隨著生物感知和生理性自我修復(fù)的原理被逐步揭示，兼?zhèn)潆x子信號(hào)傳感機(jī)制和自愈合功能的仿生型壓電-離子材料的研究受到重要啟發(fā)。但目前的研究只集中在對(duì)其單一性能的提升，未同時(shí)考慮離-電皮膚的自愈合、靈敏度的同步提升。受到細(xì)胞中招募修復(fù)因子的TSP-15跨膜蛋白和Piezo 1、Piezo 2兩種通道蛋白的啟發(fā)，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)在朱錦研究員的帶領(lǐng)下，在聚氨酯/離子液體復(fù)合體系中構(gòu)筑了多功能分子-離子調(diào)控位點(diǎn)，提出了牽引輔助愈合和雙通道同步傳感概念，開(kāi)發(fā)出了兼具快速自愈合和高靈敏性能的壓電-離子彈性體(i-DAPU)，其自愈合速度可高達(dá)72 μm/min。同時(shí)，以其為介電材料制備的離-電皮膚(DA-skin)的靈敏度也超越了傳統(tǒng)同類型產(chǎn)品，高達(dá)7012.05 kPa-1。因此，利用這個(gè)雙重性能都得到提升的DA-skin與深度學(xué)習(xí)算法結(jié)合，開(kāi)發(fā)的基于肌力的昏迷病人神經(jīng)系統(tǒng)狀況智能分析系統(tǒng)，識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)到99.2%。本研究為同步提高離-電皮膚的雙重性能提供了新的設(shè)計(jì)思路和研究策略，有望在醫(yī)療健康領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
該工作以“Transmembrane Inspired Mechano-Responsive Elastomers with Synergized Traction-Assisted Healing and Dual-Channel Sensing”為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials上(Adv. Funct. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adfm.202402380)。寧波材料所陳超博士為第一作者，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院副教授應(yīng)鄔彬、寧波材料所朱錦研究員和華東師范大學(xué)郁哲博士為通訊作者。該工作得到了韓國(guó)科學(xué)和信息通信部的腦庫(kù)計(jì)劃(RS-2023-00222619)、國(guó)際合作計(jì)劃(2022K2A9A2A06046004)、中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金(52211540393)的支持。(高分子與復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室 陳超)
圖 (a) 細(xì)胞和i-DAPU的自愈合機(jī)理和感知機(jī)械刺激的機(jī)理；(b) 與其他彈性體相比，i-DAPU具有出色的自愈合速度和韌性；(c) 以i-DPAU為介電材料制備離-電皮膚 (DA-skin)具有超高靈敏度；(d) 可將DA-skin用于開(kāi)發(fā)基于肌力的昏迷病人神經(jīng)系統(tǒng)狀況智能分析系統(tǒng)
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