港中文朱世平院士/張祺：模擬人體皮膚的比色離子有機水凝膠，用于機械刺激感測和損傷可視化

非金非土非木

關注 2021年5月27日 10:41

瀏覽：2481

【科研摘要】

具有感應能力的人造皮膚在可穿戴設備和軟機器人的應用中具有巨大潛力。受人類皮膚功能的啟發，包括通過電信號感應刺激和損傷指示的瘀傷，

最近， 香港中文大學（深圳） 朱世平加拿大工程院院士 / 張祺助理教授 團隊 合成了 一種離子傳導性和機械致變色有機水凝膠，并被證明是離子性皮膚（ I皮膚）。 由機械發色團交聯的膠束組成的凝膠具有機械堅固性，可拉伸性和變形持久性，并具有較小的滯后性，并且還顯示出良好的溶劑保留性。伸長和壓縮過程中相對電阻的變化表明靈敏度較高。

在大變形下觀察到從淺黃色到類似瘀青的藍紫色的光學變化。離子導電有機水凝膠（如I皮膚）通過模仿各種身體挫傷場景的動作附著在人體的不同部位，展示了 對機械刺激的成功感知和可視化。 該作品生動地展示了一種應變傳感器，具有可視化損傷和針對機械沖擊的損傷警告功能。 I形皮膚可以潛在地用于包括假肢設備，可穿戴電子設備和智能機器人的應用中。 相關論文以題為 Colorimetric Ionic Organohydrogels Mimicking Human Skin for Mechanical Stimuli Sensing and Injury Visualization 發表在《 ACS Appl. Mater. Interfaces 》上。

【主圖導讀】

圖 1.模仿皮膚的I皮膚的概念和設計。 （A）當真實皮膚受到機械沖擊時，會同時產生電信號和光信號。（B）通過顯示電學和光學變化感測機械刺激的I皮膚有機水凝膠的示意圖。NaCl，SP和EG分別用作電解質，機械生色團和助溶劑。

圖 2. （A）溶脹率（質量），以及溶劑置換過程中凝膠的照片。（B）光引發劑，聚合后的水凝膠和溶脹的有機水凝膠的紫外可見光譜。（C）離子有機水凝膠在暴露于80％相對濕度的空氣下的溶劑損失。

圖 3. I皮膚的 有機水凝膠 的特性及其對拉伸的響應。

圖 4.通過壓縮表征I皮膚有機水凝膠。

圖 5. I型皮膚作為力/應變傳感器的演示。

【總結】

團隊提出并證明了一種離子導電性和比色的有機水凝膠，類似于人體皮膚的 I皮膚，它可以通過電信號的變化識別施加的機械刺激，并在機械沖擊下顯示類似瘀傷的顏色。I-皮膚凝膠由螺吡喃型機械發色團組成，該發色團對機械刺激進行比色響應，并使用乙二醇作為助溶劑來增強抗干燥能力。有機水凝膠具有良好的導電性和令人滿意的機械性能，在裝卸循環中表現出低滯后性和一致的電信號。 在較大的壓力或強烈的沖擊下會出現類似瘀青的顏色。顏色可能會持續數小時以進行可視化和跟蹤應變歷史。 通過模仿可能在日常生活中造成瘀傷的人類活動，I皮膚在電和光信號方 面的反應與人類皮膚相似。設計的 I型皮膚豐富了人造皮膚的功能，并為制造智能人造皮膚開辟了機會，這些人造皮膚可能會在修復設備和機器人技術領域中使用。

參考文獻 ： doi.org/10.1021/acsami.1c04911

版權聲明 ：「 高分子材料科學 」公眾號旨在分享學習交流高分子聚合物材料學等領域的研究進展。上述僅代表作者個人觀點。如有侵權或引文不當請聯系作者修正。商業轉載或投稿請后臺聯系編輯。感謝各位關注！

【往期回顧】

【1】 《Science Advances》康奈爾大學馬明林：可細胞遞送的水凝膠反向呼吸封裝系統

【2】《大分子》浙大吳子良/鄭強/杜淼，華工孫桃林：氫鍵締合介導的韌性超分子水凝膠的動力學和粘彈性

【3】 臺灣大學徐善慧《材料化學》分層膠束結構和快速粘合性的可注射酚醛-殼聚糖自修復水凝膠

【4】 《AFM》北化劉惠玉/郭新東：NIR激光觸發的微針液體創可貼，用于傷口護理