【儀表網 研發快訊】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，兼備離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。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，中國科學院寧波材料技術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筑了多功能分子-離子調控位點，提出了牽引輔助愈合和雙通道同步傳感概念，開發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同類型產品，高達7012.05 kPa-1。因此，利用這個雙重性能都得到提升的DA-skin與深度學習算法結合，開發的基于肌力的昏迷病人神經系統狀況智能分析系統，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，有望在醫療健康領域發揮重要作用。
 

　　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用于開發基于肌力的昏迷病人神經系統狀況智能分析系統