宁波材料所在同步提升离-电皮肤的自愈合性能和高灵敏性能方面取得重要进展

随着分子生物学和基因组学的突飞猛进，生物感知与信号传递背后的微观原理正逐步揭示，为新一代具有新原理、新功能的仿生传感器研究提供了重要的理论依据和全新的设计思路。以压电离子弹性体为介电材料的离-电皮肤作为其中一类新兴的仿生触觉传感器，不仅拥有柔软的触感以及受伤后像人体皮肤一样的自愈合功能，还在模拟受体细胞在外力刺激下通过离子传输改变膜内外电位差获得了对压力的感知功能。凭借这些独特性能，仿生柔性传感器正在全球掀起一场智能触觉感知的技术浪潮。

随着生物感知和生理性自我修复的原理被逐步揭示，兼备离子信号传感机制和自愈合功能的仿生型压电-离子材料的研究受到重要启发。但目前的研究只集中在对其单一性能的提升，未同时考虑离-电皮肤的自愈合、灵敏度的同步提升。受到细胞中招募修复因子的TSP-15跨膜蛋白和Piezo 1、Piezo 2两种通道蛋白的启发，中国科学院宁波材料技术与工程研究所生物基高分子材料团队在朱锦研究员的带领下，在聚氨酯/离子液体复合体系中构筑了多功能分子-离子调控位点，提出了牵引辅助愈合和双通道同步传感概念，开发出了兼具快速自愈合和高灵敏性能的压电-离子弹性体（i-DAPU），其自愈合速度可高达72 μm/min。同时，以其为介电材料制备的离-电皮肤（DA-skin）的灵敏度也超越了传统同类型产品，高达7012.05 kPa^-1 。因此，利用这个双重性能都得到提升的DA-skin与深度学习算法结合，开发的基于肌力的昏迷病人神经系统状况智能分析系统，识别准确率可达到99.2%。本研究为同步提高离-电皮肤的双重性能提供了新的设计思路和研究策略，有望在医疗健康领域发挥重要作用。

该工作以“Transmembrane Inspired Mechano-Responsive Elastomers with Synergized Traction-Assisted Healing and Dual-Channel Sensing”为题，发表在Advanced Functional Materials上（Adv. Funct. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adfm.202402380）。宁波材料所陈超博士为第一作者，韩国科学技术院副教授应邬彬、宁波材料所朱锦研究员和华东师范大学郁哲博士为通讯作者。该工作得到了韩国科学和信息通信部的脑库计划（RS-2023-00222619）、国际合作计划（2022K2A9A2A06046004）、中国国家自然科学基金（52211540393）的支持。

图 (a) 细胞和i-DAPU的自愈合机理和感知机械刺激的机理；(b) 与其他弹性体相比，i-DAPU具有出色的自愈合速度和韧性；(c) 以i-DPAU为介电材料制备离-电皮肤 （DA-skin）具有超高灵敏度；(d) 可将DA-skin用于开发基于肌力的昏迷病人神经系统状况智能分析系统

（高分子与复合材料实验室  陈超）