川大金勇教授团队CEJ：具有不对称黏附、抗菌和自供电功能的可视化多传感交互式仿生离子皮肤

点击上方“蓝字” 一键订阅

生物皮肤是生物体直接与外界环境接触的智能器官，具有保护、感知、伪装和通讯等多种功能。受生物皮肤的启发，科研人员设计了许多智能仿生皮肤，包括电子皮肤、离子皮肤和光子皮肤。离子皮肤是一类新型智能材料，它可以通过模仿生物皮肤的离子传导机制来感知各种外部刺激(如应变、压力和振动等)，在人体运动监测和健康管理等众多应用领域引起了人们广泛的关注。目前，关于离子皮肤的研究均致力于提高材料的拉伸延展性和单一电信号传感的灵敏度和稳定性。然而，对于可穿戴材料所需的可视化显示、多信号传感以及特定的多功能性(如异质黏附、抗菌、防伪和自供电等)一直被研究人员所忽视。这极大的限制了离子皮肤在人机交互和智能穿戴领域的实际应用。

鉴于此，川大金勇教授团队受到自然界生物皮肤的启发，首次通过一种不对称的双层结构色水凝胶(ADSCH)，成功实现了同时具有异质黏附、抗菌、防伪和自供电功能的光电双信号传感的交互式离子皮肤(如图1)。其中，ADSCH的上层是通过牺牲模板法制备的具有反蛋白石结构的聚阳离子(疏水性季铵盐-丙烯酰胺)水凝胶。下层是在上层基础上通过层层逐步聚合制备的聚阴离子(丙烯酸-丙烯酸钠)/聚多巴胺水凝胶。

所得到的交互式离子皮肤具有良好的柔韧性、出色的拉伸延展性(~800%)、良好的导电性(~6 ms cm^-1)及鲜艳的结构色。由于离子聚合物优异的离子传导性和水凝胶内反蛋白石结构引起的结构色，该离子皮肤不仅可以通过改变相对电阻来显示电信号，还可以根据光子晶体晶格间距的调整提供可视化的光信号。因此，该离子皮肤可以同时通过视觉颜色和相对电阻变化来监测外界张力(GF：2.59；响应时间：597 ms；机致变色灵敏度：1.34 nm %^-1)和压力(灵敏度：-3.73 kPa^-1；响应时间：400 ms；机致变色灵敏度：4.94 nm kPa^-1)。

此外，该交互式离子皮肤还具有明显的不对称粘附性；其上层具有抗粘附性，可以防止灰尘或测试对象的粘附；而下层可以可逆地粘附在不同的基材上，包括玻璃、聚乙烯塑料、不锈钢、纸板、羊皮和人体皮肤；这归功于水凝胶内具有粘附性的羧基和儿茶酚官能团。上层的疏水性季铵盐基团也能赋予离子皮肤出色的抗菌能力(Log reduction＞4.44)。基于上述特定的功能，该离子皮肤可以粘附在人体皮肤上，对人体运动进行实时可视化监测。更重要的是，由于双层具有不同电性能，离子皮肤可以被赋予自供电能力，从而收集运动过程中产生的机械能。离子皮肤还可以被设计成彩色可变色条形码，显示出独特的防伪和信息存储功能。因此，该交互式多功能离子皮肤在人机交互、健康诊断和人体运动监测等方面显示出广阔的应用潜力。

  
图1. 具有异质黏附、抗菌、防伪和自供电功能的光电双信号传感仿生离子皮肤。图2. 交互式仿生离子皮肤的制备及表征。

图3. 交互式仿生离子皮肤的机致变色响应。 

图4. 交互式仿生离子皮肤的机电传感响应。 

图5. 交互式仿生离子皮肤的异质黏附、抗菌及彩色条形码功能。

图6. 交互式仿生离子皮肤用于可视化监测及自发电传感。

相关研究结果以“Bio-inspired Visual Multi-sensing Interactive Ionic Skin with Asymmetrical Adhesive, Antibacterial and Self-powered Functions”为题，发表在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》上。四川大学轻工科学与工程学院博士研究生白龙为本文第一作者，其导师金勇教授为通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722010981?via%3Dihub

相关进展

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[e-mail]

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[e-mail]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。

点

这里“阅读原文”，查看更多