【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隨著分子生物學和基因組學的突飛猛進，生物感知與信號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)和全新的設計思路。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，還在模擬受體細胞在外力刺激下通過離子傳輸改變膜內(nèi)外電位差獲得了對壓力的感知功能。憑借這些獨特性能，仿生柔性傳感器正在全球掀起一場智能觸覺感知的技術(shù)浪潮。
隨著生物感知和生理性自我修復的原理被逐步揭示，兼?zhèn)潆x子信號傳感機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其單一性能的提升，未同時考慮離-電皮膚的自愈合、靈敏度的同步提升。受到細胞中招募修復因子的TSP-15跨膜蛋白和Piezo 1、Piezo 2兩種通道蛋白的啟發(fā)，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團隊在朱錦研究員的帶領下，在聚氨酯/離子液體復合體系中構(gòu)筑了多功能分子-離子調(diào)控位點，提出了牽引輔助愈合和雙通道同步傳感概念，開發(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72 μm/min。同時，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7012.05 kPa-1。因此，利用這個雙重性能都得到提升的DA-skin與深度學習算法結(jié)合，開發(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)，識別準確率可達到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計思路和研究策略，有望在醫(yī)療健康領域發(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，韓國科學技術(shù)院副教授應鄔彬、寧波材料所朱錦研究員和華東師范大學郁哲博士為通訊作者。該工作得到了韓國科學和信息通信部的腦庫計劃(RS-2023-00222619)、國際合作計劃(2022K2A9A2A06046004)、中國國家自然科學基金(52211540393)的支持。(高分子與復合材料實驗室 陳超)
圖 (a) 細胞和i-DAPU的自愈合機理和感知機械刺激的機理；(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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