◎洪恒飛 本報記者 江 耘

　　一段軟質材料被(bèi)刀割破，室溫條件下放置一小時後(hòu)，經(jīng)測試，其力學(xué)性能(néng)可恢複至原始狀态的91%……近日，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所生物基高分子材料團隊與韓國(guó)漢陽大學(xué)以及韓國(guó)忠南大學(xué)的科研團隊共同合作，開(kāi)發(fā)出一種(zhǒng)“超靈敏且可自我修複的離子皮膚”。相關論文在線發(fā)表于《自然·通訊》上。

　　“這(zhè)項研究成(chéng)果模拟了類似生物觸覺細胞的離子信号傳輸系統，根據力的變化控制離子導體内部的離子分布，最大限度地提高觸覺感知。”論文通訊作者、中科院甯波材料所應邬彬副研究員介紹，非常有意義的是，它提出了一種(zhǒng)同時恢複傷口和觸覺功能(néng)的離子皮膚技術的新概念，可用于人類義肢皮膚或者機器人皮膚，尤其是應用于可穿戴醫療領域中的人機接口。

　　受人類皮膚感知結構的啓發(fā)，國(guó)内外科學(xué)家此前曾開(kāi)發(fā)出若幹種(zhǒng)具有離子傳輸機制的離子皮膚，并應用于遙控器、傳感器等機械設備。相關材料雖然具有高抗幹擾性、出色的空間分辨率以及對(duì)靜态和動态刺激的響應能(néng)力，但容易受到持續磨損，引起(qǐ)意外機械損傷，導緻功能(néng)中斷或設備壽命減少。

　　是否可以參照人類皮膚，賦予離子皮膚自我修複能(néng)力，從而确保相應設備的穩定性和使用壽命？

　　應邬彬介紹，電子皮膚2021年的市場規模爲63億美元，市場預計年複合增長(cháng)率爲21.1%。離子皮膚是電子皮膚的下一代産品，目前還(hái)處于研發(fā)階段。

　　此次研究中，聯合團隊根據觸覺細胞的機械刺激響應原理，模拟真實人體皮膚的自愈功能(néng)和生物離子信号傳遞機制，設計合成(chéng)了一種(zhǒng)含有動态二硫鍵功能(néng)基團和氯取代基的新型熱塑性聚氨酯材料。

　　在此基礎上，他們以離子液體作爲信号傳輸介質，填充入這(zhè)一熱塑性聚氨酯材料後(hòu)，開(kāi)發(fā)出了新型的離子導體，并以銀納米線爲柔性電極，聚氨酯爲封裝材料，組裝成(chéng)目标離子皮膚。

　　“動态二硫鍵具有鍵交換作用，哪怕在室溫下也可以進(jìn)行。材料出現破損時，鍵交換作用會拉近分子鏈的距離并讓其重新堆疊在一起(qǐ)，宏觀上也就表現出自愈合的現象，靈敏的觸覺功能(néng)也可以随著(zhe)傷口愈合而恢複。”應邬彬介紹，通過(guò)機械刺激改變氯取代基與離子液體之間可逆的離子偶極相互作用，能(néng)夠有效提高即時電容和初始電容的差值，從而提高靈敏度。

　　“這(zhè)項工作是之前‘仿真肌肉’工作的進(jìn)階，更接近人體的感受機制，離柔性的人機接口更近了一步。”應邬彬介紹。

　　此前，中科院甯波材料所生物基高分子材料團隊曾開(kāi)發(fā)過(guò)一種(zhǒng)新型聚氨酯（DA-PU）材料，即“仿真肌肉”，适合用作可拉伸電子産品的彈性基體，可确保電子器件在複雜環境下仍能(néng)穩定工作。不過(guò)，“仿真肌肉”沒(méi)有用到離子傳輸機制，而是用到電子傳輸機制。電子和人體的離子不匹配，在人體的應用上有局限。

　　（原文發(fā)布于2023年1月6日《科技日報》第3版）

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