《AFM》:蚕丝蛋白基电子皮肤,实现体温调节和伪装!

 

柔性电子(Flexible Electronics)是一种新兴的电子技术,它通过将有机/无机材料电子器件制作...

柔性电子(Flexible Electronics)是一种新兴的电子技术,它通过将有机/无机材料电子器件制作在,柔性/可延性基板上来实现。最近,用于智能医疗监控的柔性,生物电子产品是市场的迫切需要。具体地说,柔性生物电子皮肤安装到,人体可以收集多个物理信号(例如,湿度、极端暴力、或温度),并通过模拟人类躯体感觉系统转换这样的,刺激成可视化的信息。但是,基于人工聚合物基材(聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙酯、聚二甲基硅氧烷)的躯体感觉系统,在透气性、机械柔性和生物,相容性上受到限制。此外,由于基材的,降解性不可控制,将其应用于多功能电子,皮肤(E-skins)时,会导致电子垃圾。

最近,新加坡国立大学 Liu Xiangyang教授厦门大学郭文熹副教授合作在《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Stretchable and Heat‐Resistant Protein‐Based Electronic Skin for Human Thermoregulation”的文章。由于蚕丝蛋白(SF)膜具有出色的生物相容性和可控的生物降解性,他们选取其为电子,皮肤基材,并利用聚氨酯对SF进行改性,克服了sf基膜的,脆性和较差的热稳定性。得益于SF与聚氨酯(PU)之间的强相互作用,合成的SF复合膜(SFCM)表现出高透射率(> 90%),出色的拉伸性(> 200%),耐热性(最高160°C),生物相容性和可控降解性。基于该SFCM,在膜的两侧分别构建,了两种不同类型的金属纳米纤维(NFs)网络。其中,Ag NFs网络将充当加热器,而Pt nfs网络将,监视温度变化,从而实现蛋白质基电子皮肤(PBES)的热管理。此外,PBES不会引发炎症,透气且可降解,因此可以将其直接贴在人体皮肤上或植入人体进行物理热疗。
图文导读


1、如何制造蛋白质基电子皮肤(PBES)

图 1说明了基于蚕丝蛋白复合膜(SFCM)的PBES的制造过程。首先,通过去除蚕茧纤维的丝胶、透析、加入聚氨酯到sf溶液中以增强网络结构,和成膜这几步得到具有高透射率和柔韧性的sfcm。作为加热器的Ag nfs网络用水,和加热处理(60℃)固定在SFCM上,以形成熔融和凝固的结。这些结可以显着提高,网络的导电性和机械柔韧性。然后,将Pt NFs网络(分为5×5个单元)用作温度传感器,并转移到膜的另一侧。最后,通过喷墨印刷ag油墨将获得的,5×5阵列型pbes与电路集成在一起。
图1 基于sfcm的pbes的,制造。a)制备柔性透明sfcm的,示意图。b)制造实现加热和温度,检测的pbes的示意图。c)pbes紧贴人脖子和手,的摄影图像。

2、蚕丝蛋白复合膜(SFCM)的结构和性能

SFCM具有良好的透气性(平均值为21.2 mm s-1)高透射率(90%以上),而且可以自发地适应人体。此外,与SF膜相比,sfcm具有更好的,延展性(约165%),有利于设计成可弯曲,且可穿戴的电子设备。通过红外光谱表征,证明了SF的β-折叠构象参与了与,pu自由基团的连接,从而形成了稳定而,强大的网络结构,包括sfcm中pu的,软链段和硬链段。这种结构改善了,sfcm的延展性。对sfcm进行热耐久,测试。结果,由于氧化作用,sfcm随着加热温度的升高,而变黄(图2e),而且延展性变差(图2g)。在低于120℃下处理时,sfcm表现出更大,的延展性,而在加热到180℃时,SFCM的应变急剧下降(


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