吉大/半导体所Nano Energy：MXene基柔性生物相容性电子皮肤，用于体内医学监测

一、文章概述

电子皮肤准确识别生理和物理信号的能力是人机交互的关键。然而，在苛刻条件下维持高水平的压力响应时，提高电子皮肤的稳定性仍然是一个巨大的挑战。吉林大学Wei Han和中国科学院半导体研究所Guozhen Shen老师的研究团队通过在MXene和聚乙烯醇（PVA）中协同结合强氢键来设计高度稳定的电子皮肤。要点（1）：分子动力学计算表明，引入PVA可以降低MXene在酸性和碱性溶液中的扩散系数，增加吸附（自由）能，并为杂化膜提供良好的化学稳定性。因此，该薄膜可以提供稳定的性能记录，在恶劣的环境下可以持续半年以上的时间。要点（2）：该膜在对小鼠进行的体内研究中还显示出良好的生物相容性和功能性。要点（3）：重要的是，该薄膜具有持久稳定的性能、全天候可用性和良好的体内相容性，极大地增强了软机器人和个人防护设备在恶劣环境中的使用功能。

二、图文导读

本文设计了基于MXene和PVA且具有强大氢键的生物相容性电子皮肤。该薄膜具有稳定的性能记录，在恶劣的环境下可以持续半年以上，并且在小鼠体内模型研究中显示出良好的生物相容性和功能。这项工作表明，使用电子技术重现皮肤的特征为未来的软机器人和医学修复提供了新的方向。

图1皮肤状PVA/MXene混合薄膜的结构。

（a）具有交联结构的皮肤状PVA/MXene混合薄膜的示意图。

（b）在室温下浸泡7天期间，PVA/MXene混合薄膜的重量损失。

（c）MXene和PVA/MXene混合薄膜在不同解决方案中的MSD随模拟时间的变化而变化。

（d）在不同的溶液中显示了MXene和PVA/MXene薄膜的吸附自由能。

（e）在HCl溶液中与MXene结合的PVA的自然键分析。

图2PVA/MXene混合薄膜的机械性能。

（a）PVA/MXene混合薄膜的光学、（b）横截面SEM和（c）TEM图像。

（d）C1s、（e）O1s和（f）Ti2p的PVA/MXene的XPS光谱分析。

（g）原始PVA、MXene和PVA/MXene的XRD图谱。

（h）原始MXene和PVA/MXene薄膜的压缩应力-应变曲线。

（i）在PVA/MXene薄膜上进行四次连续压缩测试。

（j）变形分布的有限元剖视图。

（k）沿（j）中红色虚线的变形距离（x）。

图3压力传感器的响应特性。

（a）压力传感器图。

（b）在各种压力水平下柔性传感器的动态响应曲线和（c）灵敏度图。

（d）对弯曲角度的动态响应曲线。

（e）吞咽吞咽检测。

（f）运行前后的脉冲信号测试。

（g）在160 Pa的压力下经过7000个循环的工作稳定性测试。

图4细胞细胞毒性测试和体内评估。

（a）在PVA/MXene混合薄膜上培养的HUVEC的荧光图像。

（b）1、3和7天的细胞活力。

附着在小鼠心脏上的压力传感器的示意图（c）和照片（d）。

（e）对附着在balb/c小鼠心脏和胃壁上的压力传感器进行测量的电子信号和（f）胃动力的研究。

三、论文信息

Highly-Stable Polymer-Crosslinked 2D MXene-based Flexible Biocompatible Electronic Skins for in vivo Biomonitoring

Nano Energy (IF=16.602)

Pub Date : 2021-02-26

DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.105921

Lianjia Zhao; Lili Wang; Yiqiang Zheng; Shufang Zhao; Wei Wei; Dawei Zhang; Xiyao Fu; Kai Jiang; Guozhen shen*; Wei Han*

Key Laboratory of Physics and Technology for Advanced Batteries (Ministry of Education), College of Physics, International Center of Future Science, Jilin University, Changchun 130012, P. R. China