王中林院士團隊Science子刊：透氣、生物降解、抗菌電子皮膚

導讀：本文研製了一種具有高靈敏度、透氣性、生物降解性和抗菌活性等特殊功能的電子皮膚，用於檢測全身的生理特徵和運動狀態。這種具有優異性能的仿生電子皮膚有巨大的應用潛力。

作為人體最大的身體器官，皮膚不僅具有保護、分泌和呼吸的基本功能，也是一個重要的人類軀體感知系統，與我們的現實世界互動和溝通。通過模仿自然皮膚特性和功能刺激科學家們開發仿生電子皮膚，應用在可穿戴健康監測，智能假肢和機器人技術。根據不同的物理傳感機制，如壓電電阻率、電容、壓電、摩擦電，電子皮膚能夠檢測和量化環境刺激的多樣性，包括溫度、溼度、壓力、振動、和觸覺技術，通過將它們轉換為實時和可視化電子脈衝。尤其值得一提的是，摩擦納米發電機(TENG)是一種新開發的能量收集技術，它可以根據接觸起電和靜電感應的耦合效應，將普遍存在的機械能轉化為珍貴的電能。TENG具有成本低、結構簡單、易於獲取、材料選擇多樣、轉換效率高等優點，在可穿戴電源和自供電傳感領域具有廣泛的應用潛力。

通常情況下，仿生電子皮膚的舒適性，安全性和健康性容易被忽略，這在很大程度上阻礙了它們的實際應用進程。具有舒適性和實用性的電子皮膚必須具有透氣性、生物降解性和抗菌性能。大多數材料在使用壽命結束時可能會變成電子垃圾，會威脅人體健康或汙染環境。無毒可生物降解電子產品可以在規定的時間範圍內完全降解為無害成分且無任何不利的副作用，這將大大減少電子廢物的產生以及對環境的破壞。因此，未來電子皮膚的性能優化和實際應用應充分考慮透氣性、生物降解性和抗菌性能，但這一直困擾著科學家們。

為了解決這個難題，近日，中科院北京納米能源與系統研究所王中林院士團隊報導了基於摩擦納米發電機的全納米纖維的透氣、可生物降解和抗菌的電子皮膚，其製造方法是將銀納米線（Ag NW）夾在聚乳酸-乙醇酸（PLGA）和聚乙烯醇（PVA）之間。具有微米級至納米級的分層多孔結構，電子皮膚具有高比表面積的接觸帶電和大量的毛細通道用於熱溼傳遞。通過調節Ag NW的濃度以及PVA和PLGA，可以分別調節電子皮膚的抗菌和生物降解能力。這種電子皮膚可以實現實時和自供電監測全身生理信號和關節運動。這項工作提供了實用性極強的多功能電子皮膚策略！這項研究工作以「A breathable, biodegradable, antibacterial, and self-powered electronic skin based on all-nanofiber triboelectric nanogenerators」為題發表在國際頂級期刊《Science Advances》上。

論文連結：

https://advances.sciencemag.org/content/6/26/eaba9624

圖1. 基於摩擦納米發電機的全納米纖維電子皮膚的設計製備和相關組分表徵

圖2.該電子皮膚拉伸性能、透氣性能和電輸出性能表徵

圖3. 該電子皮膚抗菌性能和生物降解過程

圖4監測全身生理信號和關節運動

綜上所述，本文研製了一種具有高靈敏度、透氣性、生物降解性和抗菌活性等特殊功能的全納米纖維摩擦納米發動機基電子皮膚，用於檢測全身的生理特徵和運動狀態。夾層Ag NW電極位於PLGA摩擦電層頂部和PVA襯底底部之間，有利於三維多孔分層結構的形成，不僅提供了高比表面積用於接觸帶電和壓力反應，也保證了熱溼平衡和穿著舒適的皮膚表面微環境，這種具有優異性能的仿生電子皮膚有巨大的應用潛力。（文：嘉一）

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