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青島科技大學(xué)喬圣林團隊 CEJ：用于老年人健康護理的蛋白質(zhì)基皮膚傳感器

2024-01-23 來源：高分子科技

全球老齡化人口的持續(xù)增長增加了對醫(yī)療保健服務(wù)的需求，給社會帶來了巨大挑戰(zhàn)。越來越多的老年人喜歡通過體育鍛煉和健身活動來保持健康。然而，生理衰退和安全措施不足會使老年人在體育活動中面臨更高的安全風(fēng)險，這可以通過合理的運動指導(dǎo)得到部分緩解。創(chuàng)新的電子皮膚傳感器（e-skin）可以增強鍛煉的安全性、有效性和提供個性化指導(dǎo)。E-skin具有順應(yīng)性，可以快速識別危險動作和細(xì)微偏差，從而減輕運動相關(guān)的傷害。離子凝膠在離子導(dǎo)電性、熱和電化學(xué)穩(wěn)定性以及非揮發(fā)性方面的獨特優(yōu)勢使它們成為制備電子皮膚的引人注目的材料。然而，常規(guī)的離子凝膠面臨著顯著的限制:i)制備過程中潛在的碳排放，ii)不可降解的電子廢物引起的環(huán)境問題，iii)在不同基底上的粘合性差，iv)合成聚合物的生物安全性差，以及v)高的制備成本。

圖1：電子皮膚i-gluten的制備和多功能設(shè)計的示意圖。

近期，青島科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院喬圣林副教授團隊通過將離子液體整合到谷蛋白網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建了基于谷蛋白的離子凝膠器件(i-gluten)，用于老年人的智能護理(圖1)。離子液體和谷蛋白中肽鏈之間的協(xié)同相互作用賦予i-gluten優(yōu)異的性質(zhì)，包括較高的機械強度(~82.6 kPa)、顯著的伸長率(~790%)、自粘附和自愈合性能（圖2和圖3）。i-gluten不僅滿足了制備e-skin的先決條件，還表現(xiàn)出對機械應(yīng)變變化的即時響應(yīng)，使其能夠區(qū)分老年人在體育活動中的微小和大幅度運動（圖4）。這些信號的變化可以用于實時監(jiān)控、精確分析和定制反饋，這為老年人潛在運動損傷提供防護。此外，蛋白質(zhì)類天然聚合物材料賦予了i-gluten良好的可降解性和生物相容性，解決了電子產(chǎn)品引起的環(huán)境問題（圖5）。這篇工作提供了一種利用谷蛋白的新用途，為增強價值鏈整合和經(jīng)濟多樣化提供了新途徑。該工作以”Mechanical robust, adhesive, self-healable and biodegradable protein-based electronic skin sensors for smart elderly care”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。論文的第一作者是碩士研究生張穎澳。該研究得到國家自然科學(xué)基金和青島科技大學(xué)啟動基金的支持。