2021-07-16
 
AM:25000%!蚕丝加点石墨烯,这种仿生水凝胶超能拉!
2021年07月16日   阅读量:415

与刚性电子材料相比,生物材料可以通过模仿组织传播信息实现更长距离上的信号传输从而为人类开辟新的机遇。此外,生物材料还须具备与人体的无缝镜像曲线结构的一致性,再现类似原生的机械和电气特性以及像原生器官和组织一样按需自愈的能力。从蚕丝中提取的丝素蛋白(SF)制备的柔性薄膜不仅表现出与人类的曲线特征兼容的优势,刚度和韧性的结合还可以保护它们免受动态和承载力的突然机械故障的影响中国化工网okmart.com。因此,以丝质为基础的材料已被用于柔性生物电子学如心脏传感器、脑电极和电子皮肤等。虽然人们对使用基于丝的电子设备连接人体的兴趣越来越大,但这些方法仍然是原始尝试,因为它们显示出与人体运作方式和个性化解剖结构相冲突的特性。此外,除了耐用和有弹性之外,人体组织还能够在受损时进行自我修复。如果没有自愈能力,生命的生存机制就会受到严重损害,这无疑是生物系统进化的最大优势之一。组织和器官是通过复杂的离子操作激活的,所以离子导电材料可以很容易地复制电信号在生物体中的介导方式,从而产生在相同时间和长度范围内运行的电子设备,这对于制造假肢、仿生学和生物机器人是很重要的特征。然而,很多人不知道的是,丝质材料除了具有柔韧性和机械韧性外,还能在水的作用下使隐藏在SF肽结构深处的氨基跃迁以及通过介质中可能的离子物种来实现离子来导电。因此,丝质材料有可能成为下一代软电子材料的核心,从而弥合机器和人类之间仍然存在的壁垒。

鉴于此,丹麦工业大学Alireza Dolatshahi-Pirouz从活组织中汲取灵感,通过混合丝素蛋白(SF)和还原氧化石墨烯开发了一种称为“CareGum”的多功能复合材料。与原始对应物相比,CareGum表现出对任意和复杂表面的出色顺应性、3D可打印性、十倍高的导电性以及四倍高的杨氏模量。利用这些独特优势制备一种可用于手势感应和符号翻译的自愈仿生手套。这项研究使先进的CareGum材料在机器人、仿生学、软机器人、人机界面、3D打印电子和柔性生物电子等领域具有广阔的应用前景。

文章亮点:

1、CareGum令人兴奋的自我修复和机械特性可能来自其矩阵内部具有不同结合强度的氢键和静电键组成的分层键合,因此产生了高机械韧性和破纪录的伸长率(≈25000%)。

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图1 CareGums的制备及其表征

2、先进的CareGum材料不仅具有高度可拉伸的性能,还能够快速自我修复并且能够轻松塑造成复杂的形状和结构。CareGum可以通过湿纺产生薄的自修复纤维,为生产具有组合材料特性的2D和3D软编织结构打开一个新的增材制造窗口。

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图2 CareGum的自愈、编织和粘合性能表征

3、基于CareGum制备的自愈合电子手套能够监控复杂手部运动,有助于提高外科医生的手术灵活性、娱乐性虚拟游戏、音乐训练、手语翻译以及作为手部受伤患者的康复工具。这项研究将自修复提升到了一个更高级的阶段,预示着强大甚至牢不可破的消费电子产品的前景。

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