高靈敏度和生物相容性一直是人類健康信號(hào)智能傳感器所追求的性能。在這方面最好的方法之一是無(wú)創(chuàng)，這需要可穿戴和超靈敏的生物傳感器。細(xì)觀重建通過(guò)分子間模板化成核將聚氨酯(PU)結(jié)合到 SF 的細(xì)觀結(jié)構(gòu)中，從而賦予絲素蛋白 (SF) 優(yōu)異的機(jī)械性能、生物相容性和熱穩(wěn)定性。

圖 1. SF/PU 柔性壓力傳感器的制造策略示意圖。(a)絲綢材料層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的五個(gè)層次。(b)用 PU 重構(gòu) SF 的結(jié)構(gòu)以獲得 SF/PU 雜化材料，該材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。該混合材料用于制備可用于人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)檢測(cè)的柔性傳感器。

原位觀察SF的凝膠化過(guò)程，證明了PU在SF自組裝過(guò)程中的誘導(dǎo)作用。SF/PU共晶薄膜通過(guò)物理氣相沉積賦予導(dǎo)電性，以獲得傳感器和智能腕帶。柔性壓力傳感器在 0 Pa 到 1500 Pa 的壓力下表現(xiàn)出 0.48 KPa-1 的高靈敏度。智能手環(huán)可以檢測(cè)人體手腕上反映的身體信息，例如手指運(yùn)動(dòng)引起的腕經(jīng)反應(yīng)，以及手腕處的脈搏信號(hào)。

圖 2. PU 對(duì) SF 自組裝過(guò)程的影響。(a) SF 和 SF/PU 溶液在凝膠過(guò)程中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。217 nm 處的 CD 強(qiáng)度，表明 β-折疊的變化。(b) 不同比例的SF/PU混合溶液的流變演化。(c) 含有不同添加量 PU 的 SF/PU 混合溶液的光密度 (550 nm) 演變。(d) 基于光密度確定的靜態(tài)熱力學(xué)生長(zhǎng)曲線。(e) SF/PU 混合β-折疊的形成示意圖。

圖 4. 柔性傳感器的制備和基本性能。(a) 壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。(b) 微陣列結(jié)構(gòu)的激光掃描照片，每個(gè)突起的直徑約為 110 μm。(c) 3d 照片顯示突起的高度約為 150μm。(d) SF/PU 混合壓力傳感器的電氣特性。(e)傳感器在 150kPa 壓力下以 2Hz 壓力頻率進(jìn)行 4000 次連續(xù)線性加載-卸載循環(huán)的重現(xiàn)性。(f) 不同壓力下的電信號(hào)響應(yīng)。(g)壓力傳感器的即時(shí)響應(yīng)。

相關(guān)論文以題為Reconstructed Silk Fibroin Mediated Smart Wristband for Physiological Signal Detection發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。通訊作者是東華大學(xué)于偉東教授、廈門大學(xué)劉向陽(yáng)教授。

參考文獻(xiàn)：

doi.org/10.1016/j.cej.2021.132362