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  神經(jīng)元在生物體內(nèi)傳輸信號(hào)，并啟發(fā)了用于柔性電子、智能設(shè)備和神經(jīng)態(tài)計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的人工神經(jīng)材料及器件的開(kāi)發(fā)。神經(jīng)元纖維表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械魯棒性，并粘附在組織和器官上，以在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中維持其完整的形狀和主要功能，這一點(diǎn)在人工神經(jīng)元材料制備方面很少有考慮。蜘蛛的粘附絲表現(xiàn)出高強(qiáng)度和高韌性，以及用于捕捉獵物的高粘附性。這為設(shè)計(jì)具有良好粘附性和機(jī)械魯棒性的人工神經(jīng)纖維材料提供了新的思路。通過(guò)模仿蜘蛛絲的分子結(jié)構(gòu)和紡絲過(guò)程，人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了各種力學(xué)性能優(yōu)異的水凝膠纖維。如果引入粘附性和離子導(dǎo)電性于其中，則具有優(yōu)異粘附性、機(jī)械魯棒性和信號(hào)傳輸?shù)娜斯ど窠?jīng)纖維材料的開(kāi)發(fā)將成為可能。然而主要挑戰(zhàn)在于如何在連續(xù)紡絲的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)人工纖維分子間的相互作用和分級(jí)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能和電學(xué)性能的良好結(jié)合。

圖1 PrDA人造蛛絲的仿生原理

  文章中將相同摩爾量的質(zhì)子供體單體和質(zhì)子受體單體通過(guò)自由基聚合制備了一系列不同質(zhì)子供體-受體序列的PrDA水凝膠。類(lèi)似于兩性離子生物分子，如氨基酸和蛋白質(zhì)，質(zhì)子可以從質(zhì)子供體的酸性基團(tuán)轉(zhuǎn)移到質(zhì)子受體的堿性基團(tuán)，從而生成陰離子和陽(yáng)離子基團(tuán)，再通過(guò)分子鏈之間的靜電相互作用物理交聯(lián)而成膠（圖2ab）。通過(guò)仿生蜘蛛的紡絲過(guò)程，將PrDA水凝膠牽引紡絲制備PrDA纖維。

圖2 PrDA人造蛛絲的制備以及紡絲性能和力學(xué)性能

圖 3 PrDA人造蛛絲的粘附性能

圖 4 PrDA人造蛛絲的離子導(dǎo)電性能以及生物電極應(yīng)用

圖5 基于PrDA人造蛛絲的人工突觸器件

  綜上所述，該文章受神經(jīng)元和蜘蛛粘附絲的啟發(fā)，基于PrDA水凝膠纖維開(kāi)發(fā)了一種用于生物電信號(hào)傳輸?shù)?/span>可紡粘性導(dǎo)電人造蛛絲材料。PrDA人造蛛絲的兩性離子聚合物鏈間的靜電相互作用保證了優(yōu)異的牽引紡絲能力、力學(xué)性能和對(duì)不同類(lèi)型表面的粘附性能。同時(shí)，PrDA人造蛛絲顯示出良好的離子導(dǎo)電性，是捕捉人體生物電信號(hào)并傳輸?shù)綑z測(cè)儀器的理想界面材料。此外，人工突觸晶體管的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了擬神經(jīng)信號(hào)的可控調(diào)控。因此，該研究將為人工神經(jīng)材料和設(shè)備的設(shè)計(jì)提供新的思路，可應(yīng)用于生物電極、腦機(jī)接口、可穿戴電子設(shè)備和神經(jīng)態(tài)計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202300876

劉遵峰教授課題組招聘信息

招生及招聘內(nèi)容：

推免生、碩士、博士、博士后、特聘副研究員等

學(xué)科方向：

材料學(xué)，化學(xué)，生物學(xué)、紡織與纖維、金屬、計(jì)算模擬、電子信息等學(xué)科

實(shí)驗(yàn)室研究方向:

1.高強(qiáng)韌纖維、智能材料

2.人工肌肉、傳感器

3.納米材料、柔性固態(tài)制冷等

課題組網(wǎng)址：https://liuzunfeng.nankai.edu.cn

招聘要求：

1.博士招收采取推免制，具有獨(dú)立的科研能力，英語(yǔ)水平良好（6級(jí)或其它相當(dāng)水平），具有發(fā)表英文學(xué)術(shù)論文經(jīng)驗(yàn)；性格開(kāi)朗，有良好的團(tuán)隊(duì)合作和對(duì)外溝通能力；

2. 能夠協(xié)助合作導(dǎo)師管理和完成科研項(xiàng)目并協(xié)助指導(dǎo)研究生。

3. 要求應(yīng)聘人員工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，踏實(shí)肯干，具團(tuán)隊(duì)精神。

應(yīng)聘方式：

（一）請(qǐng)應(yīng)聘者將簡(jiǎn)歷及相關(guān)證明材料（ 文章、成果情況等 ）通過(guò)郵件，以“應(yīng)聘崗位＋姓名”為主題發(fā)送至以下郵箱：liuzunfeng@nankai.edu.cn

（二）將以郵件或電話的方式通知通過(guò)初選的應(yīng)聘者，前來(lái)參加本單位組織的筆試或面試。

劉遵峰教授簡(jiǎn)介

劉遵峰，南開(kāi)大學(xué)教授，國(guó)家杰出青年基金獲得者。

研究方向?yàn)槿嵝灾悄芨叻肿永w維材料，包括高強(qiáng)韌人造蜘蛛絲、人工肌肉、柔性電子、柔性制冷等。在 Science , Nat. Commun., Adv. Mater.等國(guó)際學(xué)術(shù) SCI 期刊上發(fā)表研究論文 100 余篇。其中2015年關(guān)于可拉伸導(dǎo)體的研究工作被美國(guó)《Discover Magazine》評(píng)選為2015年度全球TOP100重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)；2019年關(guān)于“扭熱制冷”的工作發(fā)展了逆轉(zhuǎn)制冷新方法，大幅提高了制冷效率；研發(fā)的水凝膠纖維人造蜘蛛絲強(qiáng)度與韌性性能接近天然蜘蛛絲；基于多種纖維材料等發(fā)展了多種智能織物。發(fā)展了基于零泊松比褶皺結(jié)構(gòu)的彈性導(dǎo)體，構(gòu)建了多層次協(xié)同作用的模擬神經(jīng)傳導(dǎo)、應(yīng)變傳感、驅(qū)動(dòng)為一體的人工肌肉纖維。  多篇關(guān)于柔性健康監(jiān)測(cè)的文章被選為封面文章，受邀撰寫(xiě)多篇綜述，授權(quán)中國(guó)專(zhuān)利8余項(xiàng)，在多個(gè)國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議做邀請(qǐng)報(bào)告40余次。

五篇代表性論文：

1. Run Wang#, Shaoli Fang#, Zunfeng Liu*, Ray H. Baughman* et al. Torsional refrigeration by twisted, coiled, and supercoiled fibers, Science 2019, 366(6462): 216-221.  

2. Zunfeng Liu, Shaoli Fang*, Ray H. Baughman* et al. Hierarchically Buckled Fibers for Superelastic Electronics, Sensors, and Muscles, Science 2015, 349(6246): 400-404.

3. Xueqi Leng, Guangkai Mei, Guanghao Zhang, Zunfeng Liu* and Xiang Zhou*. Tethering of twisted-fiber artificial muscles, Chem. Soc. Rev. 2023, 52: 2377-2390.  

4. Yuanyuan Dou, Zhen-Pei Wang, Wenqian He, Tianjiao Jia, Zhuangjian Liu, Pingchuan Sun, Kai Wen, Enlai Gao, Xiang Zhou, Xiaoyu Hu, Jingjing Li, Shaoli Fang, Dong Qian, Zunfeng Liu*, Artificial Spider Silk from Ion-Doped and Twisted Core-Sheath Hydrogel Fibres, Nat. Commun. 2019, 10, 5293.  

5. Kaiqing Yu, Xiaozhou Ji, Tianyu Yuan, Yao Cheng, Jingjing Li, Xiaoyu Hu, Zunfeng Liu*, Xiang Zhou*, Lei Fang* Robust Jumping Actuator with a Shrimp-Shell Architecture, Adv. Mater. 2021, 2104558.