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陜科大王學(xué)川/王海軍/黨旭崗 Mater. Horiz.:一種生物質(zhì)衍生的多功能導(dǎo)電涂料助力可穿戴智能紡織品和皮膚生物電子一體化
2025-02-17  來(lái)源:高分子科技

  智能電子紡織品因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、柔韌性和透氣性,在可穿戴電子領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。然而,目前報(bào)道的電子紡織品仍面臨生物相容性、光熱轉(zhuǎn)換和電磁波污染等問題的挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)此挑戰(zhàn),陜科大王學(xué)川教授、王海軍教授、黨旭崗副教授團(tuán)隊(duì)利用天然羧甲基淀粉 (CMS)、多巴胺和聚吡咯 (PPy) 開發(fā)了一種多功能生物質(zhì)基導(dǎo)電涂層,并進(jìn)一步用于構(gòu)建多功能智能電子紡織品。CMS/PDA/PPy 涂層具有連續(xù)均勻的多孔結(jié)構(gòu)、強(qiáng)附著力、高抗菌效率、優(yōu)異的導(dǎo)電性和良好的生物相容性。CMS/PDA/PPy 涂層制備的智能電子紡織品表現(xiàn)出優(yōu)異的疏水性、水蒸氣滲透性和抗氧化活性。此外,利用 PDA 和 PPy 的導(dǎo)電和熱敏特性,可以將智能電子紡織品開發(fā)成能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)生理信號(hào)和體溫變化的柔性皮膚集成生物傳感器系統(tǒng)。相關(guān)工作被發(fā)表于《Materials Horizons (IF: 12.2)。



  在本研究中,將 CMS 優(yōu)異的生物相容性和生物降解性、PDA良好的抗氧化性、光熱轉(zhuǎn)化性和粘附性以及 PPy 良好的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度戰(zhàn)略性地結(jié)合起來(lái),開發(fā)了一種多功能生物質(zhì)基導(dǎo)電涂層——CMS/PDA/PPy。它被用于紡織全天然、多功能的生物質(zhì)基智能電子紡織品,所制備的紡織品具有優(yōu)異的耐水性、透氣性、抗氧化抗菌活性、電磁屏蔽性 (33 dB) 以及光熱轉(zhuǎn)換性能和穩(wěn)定性。值得注意的是,在紅外輻射下,制備的紡織品可以在10 s內(nèi)從室溫加熱到55 °C,然后在20 s內(nèi)將紡織品的表面溫度降低到40 °C(ts= 42.05 s),對(duì)新型可穿戴光熱管理紡織品的研究具有重要意義。此外,該紡織品被用作皮膚應(yīng)變傳感器,對(duì)溫度、應(yīng)變、光熱和生物電信號(hào)以及運(yùn)動(dòng)檢測(cè)表現(xiàn)出高度敏感性。它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體的生理信號(hào)、運(yùn)動(dòng)控制和體溫變化,具有巨大的應(yīng)用潛力,可用于集成可穿戴智能紡織品和皮膚生物電子學(xué)。  


1 CMS/PDA/PPy的粘附性和可印刷性


2 CMS/PDA/PPy的機(jī)械性能、抗氧化性和導(dǎo)電性


生物質(zhì)基智能電子紡織品的耐水性、水蒸氣滲透性、透光性、抗菌性及生物相容性


生物質(zhì)基智能電子紡織品的光熱轉(zhuǎn)換性


5 生物質(zhì)基智能電子紡織品的應(yīng)變傳感性能與人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)


  總體而言,本研究通過集成可穿戴智能紡織品和皮膚生物電子學(xué)開發(fā)了一種多功能導(dǎo)電涂層,構(gòu)建了一個(gè)通過可穿戴智能電子紡織品傳感器監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的平臺(tái)。該紡織品被用作皮膚應(yīng)變傳感器,對(duì)溫度、應(yīng)變、光熱和生物電信號(hào)以及運(yùn)動(dòng)檢測(cè)表現(xiàn)出高度敏感性。集成的CMS/PDA/PPy導(dǎo)電涂層在可穿戴紡織品領(lǐng)域具有相當(dāng)大的潛力,可用于多功能紡織品和智能生物電子,并為可穿戴智能紡織品和皮膚生物電子學(xué)的未來(lái)集成提供了新的見解。


  相關(guān)研究成果以“A biomass-derived multifunctional conductive coating with outstanding electromagnetic shielding and photothermal conversion properties for integrated wearable intelligent textiles and skin bioelectronics為題發(fā)表Materials HorizonsDOI: 10.1039/D4MH01774A)。陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院(柔性電子學(xué)院)碩士研究生費(fèi)宇菲為該論文的主要完成人,通訊作者是陜西科技大學(xué)生物質(zhì)與功能材料研究所王海軍教授和黨旭崗副教授。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1039/D4MH01774

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