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青島科技大學(xué)喬圣林團(tuán)隊(duì) CEJ：用于老年人健康護(hù)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(zhǎng)增加了對(duì)醫(yī)療保健服務(wù)的需求，給社會(huì)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(dòng)來保持健康。然而，生理衰退和安全措施不足會(huì)使老年人在體育活動(dòng)中面臨更高的安全風(fēng)險(xiǎn)，這可以通過合理的運(yùn)動(dòng)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(qiáng)鍛煉的安全性、有效性和提供個(gè)性化指導(dǎo)。E-skin具有順應(yīng)性，可以快速識(shí)別危險(xiǎn)動(dòng)作和細(xì)微偏差，從而減輕運(yùn)動(dòng)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(dú)特優(yōu)勢(shì)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(jì)的示意圖。

近期，青島科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院?jiǎn)淌チ指苯淌趫F(tuán)隊(duì)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(hù)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(jī)械強(qiáng)度(~82.6 kPa)、顯著的伸長(zhǎng)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(duì)機(jī)械應(yīng)變變化的即時(shí)響應(yīng)，使其能夠區(qū)分老年人在體育活動(dòng)中的微小和大幅度運(yùn)動(dòng)（圖4）。這些信號(hào)的變化可以用于實(shí)時(shí)監(jiān)控、精確分析和定制反饋，這為老年人潛在運(yùn)動(dòng)損傷提供防護(hù)。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(qiáng)價(jià)值鏈整合和經(jīng)濟(jì)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(guó)家自然科學(xué)基金和青島科技大學(xué)啟動(dòng)基金的支持。