高靈敏度和生物相容性一直是人類健康信號智能傳感器所追求的性能。在這方面最好的方法之一是無創(chuàng)，這需要可穿戴和超靈敏的生物傳感器。細觀重建通過分子間模板化成核將聚氨酯(PU)結(jié)合到 SF 的細觀結(jié)構(gòu)中，從而賦予絲素蛋白 (SF) 優(yōu)異的機械性能、生物相容性和熱穩(wěn)定性。

圖 1. SF/PU 柔性壓力傳感器的制造策略示意圖。(a)絲綢材料層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的五個層次。(b)用 PU 重構(gòu) SF 的結(jié)構(gòu)以獲得 SF/PU 雜化材料，該材料具有優(yōu)異的機械性能和熱穩(wěn)定性。該混合材料用于制備可用于人體運動信號檢測的柔性傳感器。

原位觀察SF的凝膠化過程，證明了PU在SF自組裝過程中的誘導(dǎo)作用。SF/PU共晶薄膜通過物理氣相沉積賦予導(dǎo)電性，以獲得傳感器和智能腕帶。柔性壓力傳感器在 0 Pa 到 1500 Pa 的壓力下表現(xiàn)出 0.48 KPa-1 的高靈敏度。智能手環(huán)可以檢測人體手腕上反映的身體信息，例如手指運動引起的腕經(jīng)反應(yīng)，以及手腕處的脈搏信號。

圖 2. PU 對 SF 自組裝過程的影響。(a) SF 和 SF/PU 溶液在凝膠過程中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。217 nm 處的 CD 強度，表明 β-折疊的變化。(b) 不同比例的SF/PU混合溶液的流變演化。(c) 含有不同添加量 PU 的 SF/PU 混合溶液的光密度 (550 nm) 演變。(d) 基于光密度確定的靜態(tài)熱力學(xué)生長曲線。(e) SF/PU 混合β-折疊的形成示意圖。

圖 4. 柔性傳感器的制備和基本性能。(a) 壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。(b) 微陣列結(jié)構(gòu)的激光掃描照片，每個突起的直徑約為 110 μm。(c) 3d 照片顯示突起的高度約為 150μm。(d) SF/PU 混合壓力傳感器的電氣特性。(e)傳感器在 150kPa 壓力下以 2Hz 壓力頻率進行 4000 次連續(xù)線性加載-卸載循環(huán)的重現(xiàn)性。(f) 不同壓力下的電信號響應(yīng)。(g)壓力傳感器的即時響應(yīng)。

相關(guān)論文以題為Reconstructed Silk Fibroin Mediated Smart Wristband for Physiological Signal Detection發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。通訊作者是東華大學(xué)于偉東教授、廈門大學(xué)劉向陽教授。

參考文獻：

doi.org/10.1016/j.cej.2021.132362