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南京林業(yè)大學黃超伯/熊燃華團隊《ACS Nano》：用于植物/人體生理電信號檢測的仿生超薄自愈合表皮電極
2024-10-12  來源：高分子科技

  可呼吸表皮電極與被測物體的無縫貼合是影響可穿戴器件傳感靈敏度和穿戴舒適性的重要環(huán)節(jié)。利用具有強氫鍵作用的自愈合聚合物構筑多孔納米纖維材料可保證表皮電極的可呼吸性與高順形自粘附性。所以自愈合納米纖維材料是構建超薄透氣、高順形貼合表皮電極的理想材料。然而，由于纖維之間自愈合聚合物的強氫鍵相互作用，導致自愈納米纖維膜不能穩(wěn)定存在。因此，開發(fā)自愈合、自粘附、高順形的納米纖維表皮電極仍然是一個重大挑戰(zhàn)。


圖1 高穩(wěn)定自愈合納米纖維的結構設計及人體/植物可穿戴應用


  近期，南京林業(yè)大學黃超伯/熊燃華團隊提出了分級限域策略制備了具有自粘附作用的超薄自愈納米纖維膜（圖2a-d）。分級限域策略結合了分子限域和空間限域，PPG-mUPy聚合物紡絲液中引入的聚氨酯提供了初步的分子限域作用，這在一定程度上限制了PPG-mUPy分子鏈間的超分子相互作用，確保了自愈合納米纖維的初步形成（圖2e-f）。此外，在納米纖維膜的形成過程中引入了空間限制策略，這在很大程度上克服了納米纖維之間的分子間相互作用，并確保了PPG-mUPy/PU納米纖維膜微觀纖維結構的穩(wěn)定性（圖2g）。這項研究工作克服了自粘附/自愈合納米纖維膜無法穩(wěn)定存在的難題，打破了自粘附/自愈合特性與納米纖維膜多孔結構間的根本矛盾。2024年10月10日，該工作以“Ultrathin self-healing nanofibrous membrane with hierarchical confined structure for biomimetic epidermal electrode”為題發(fā)表在《ACS Nano》上。文章的第一作者為南京林業(yè)大學朱苗苗副教授，通訊作者為黃超伯教授。該研究得到國家自然科學基金委的支持。


圖2 自粘附/自愈合納米纖維電極的制備及成型機理


  進一步地，通過在PPG-mUPy/PU納米纖維膜修飾銀納米線，進一步構建了具有類神經(jīng)網(wǎng)絡狀結構的納米纖維電極。這種高度互聯(lián)的網(wǎng)絡結構使其具有優(yōu)異的導電性。值得一提的是，與通過靜電吸附獲得的傳統(tǒng)復合纖維電極不同，該納米纖維電極由于PPG-mUPy分子之間的強氫鍵而具有良好的穩(wěn)定性，這使得銀納米線能夠穩(wěn)定地固定在納米纖維膜上。所制備的表皮電極可以穩(wěn)定高度順形的粘附在皮膚或植物上，以實現(xiàn)人體/植物實時的生理電信號傳感（圖3）。


圖3 纖維表皮電極在人體和植物上的可穿戴傳感應用


  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c08617


  中比先進生物醫(yī)用材料聯(lián)合實驗室介紹：https://www.x-mol.com/groups/nfu-ugent

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（責任編輯：xu）
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