深大许太林/张学记教授团队Nano Letters：仿生的Janus蚕丝电子织物一款具有高湿热舒适性和高监测效率的汗液传感器件

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随着人工智能等技术的快速发展，人们穿上集电子元件和织物形态等于一体的“智能服装”出行正一步步成为现实。长期以来，科学家们致力于不断提高织物上电子元件的功能性，却忽视了优化这些智能装的穿戴舒适性。特别是对于体液传感相关的智能服装，传感器下方积累的体液会极大地影响设备湿热舒适性。如何改善用户的穿戴体感，同时保证优异的传感性能成为当前急需解决的问题。

深圳大学医学部许太林和张学记教授团队近期研发了一款具有高度湿热舒适性的仿生Janus蚕丝电子织物，用于高效地汗液传感。天然蚕丝织物因具有良好的生物相容性，轻薄透气，易于改性等特点，被广泛用于智能电子服装领域。该团队将低表面能的十八烷基三氯硅烷（OTS）修饰在市售的蚕丝织物上（主要成分为丝素蛋白，Fibroin），制备了超疏水的蚕丝基底。随后只对疏水蚕丝织物的一侧进行等离子体（Plasma）处理，形成类似荷叶的一面疏水一面亲水结构，即Janus 蚕丝织物（Janus silk textile）。该Janus silk textile拥有单向输水的独特特性，即可将水分从疏水侧单向地泵送至亲水侧，反之则不行，因而又被形象地称作“水二极管”。

 

图 1 Janus silk textile的表征和单向输水性能

这种单向输水特性的Janus silk textile能为皮肤营造良好的湿热微环境：Janus silk textile将汗液更单向地从皮肤侧（疏水侧）排至环境侧（亲水侧），相较于传统织物，消除了汗液在皮肤上湿漉漉的粘附感，营造了干爽的穿戴体验。在人体出汗阶段，汗液不断地排出并蒸发，带走热量；人体停止出汗后，干燥的疏水一侧具有较低的导热系数，保存热量以避免体表过冷和个体着凉。

 

图 2 Janus silk textile的高度湿热舒适性

作者进一步制成了纱线状的汗液传感电极：将市售的导电碳浆涂覆在经六氟异丙醇（HFIP）处理的蚕丝纱线表面。这种简单的制备方法并不破坏蚕丝纱线原有力学特性，可像普通纱线一样并编织在Janus silk textile亲水一侧，得到Janus 蚕丝基的电子织物（Janus silk E-textile）。相较于未修饰的织物体系，Janus silk E-textile能将微量的电解质溶液（5 μL）更充分地运送至亲水侧（电极侧），显著地降低了电化学所需的溶液体积。

图 3 Janus silk E-textile用于低体积电化学测试

实际汗液传感实验显示，这种Janus silk E-textile电极侧的汗液累积速度更快，传感器的响应时间也更短。

图 4 Janus silk E-textile实现快响应的汗液检测

相关研究成果以”Biospired Janus Silk E-Textiles with Wet-Thermal Comfort for Highly Efficient Biofluid Monitoring”为题发表在美国化学会权威期刊Nano Letters 上（Nano Lett. 2021, 10.1021/acs.nanolett.1c03426.）。论文的第一作者是北京科技大学和深圳大学联合培养博士生何学成，通讯作者是深圳大学医学部许太林副教授和张学记教授，深圳大学为第一通讯单位。

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https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.1c03426.

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