Small:介观重构——基于羊毛角蛋白三维弹簧网络的高性能柔性压力传感器

由于本身优异的生物相容性和良好的生物可降解性,羊毛角蛋白材料在生物医学和制药领域受到了科研人员的广泛关注。但是羊毛角蛋白属于无定型聚合物,自身通常不能自组装形成三维网络结构,极大地限制了羊毛角蛋白材料的进一步应用。

近日,厦门大学物理科学与技术学院林友辉副教授、刘向阳教授将生物材料的特性与传感器的需求相结合,通过羊毛角蛋白的介观结构重构,研发制备了一种具有灵敏度高、响应时间快的高性能柔性传感器,为柔性电子技术的发展提供了一个新的研究思路。首先研究团队通过“架桥”方式实现了无定型羊毛角蛋白分子链相互纠缠交联,解决了其难于形成交联网络的核心问题。羊毛角蛋白富含大量α-螺旋结构,该结构类似于弹簧。根据构型熵与耗散结构理论及其结构特点,所设计的三维分子弹簧网络结构具有极好的弹性及压力敏感性。此外,羊毛角蛋白的内禀属性决定了其链段之间的相对运动所引起的摩擦及能量损耗 低。科研人员进一步将该软凝胶材料作为传感器的介电层,极大提高了传感器的灵敏度和频率响应。鉴于此,所设计的角蛋白基压力传感器可快速、灵敏且稳定地监测人体脉搏的波形、声音等高频生理信号,及手指或手臂弯曲等大幅度的低频活动。相关结果发表在Small (Doi: 10.1002/smll.202000128)上,并于当期Back Cover做简要介绍。