ACS Nano：蛋白质启发MXenes/橡胶智能传感

近几十年来，柔性电子传感器因其在医疗监测、智能机器人、可穿戴电子设备、人机交互等方面的应用前景而受到广泛关注。然而，电子传感器在持续变形过程中不可避免地会出现划伤、裂纹、断裂等问题，导致性能稳定性下降。因此，人们在开发具有自愈特性的柔性传感器上投入了大量的精力，这对于延长其寿命和可靠性至关重要。现在虽然已有很多自愈材料，且基于这些材料的传感器取得了辉煌的成就，但外部刺激(热、溶剂、光)是启动修复过程所必需的，而修复后的传感器较差的机械性能限制了它们的实际应用。如何设计出一种具有良好修复机械性能和良好自修复效率的自主自修复电子传感器，仍然是一个巨大的挑战。

近期，四川大学周泽航助理研究员和卢灿辉教授在国际知名学术期刊ACS Nano上发表一篇题目为：Protein-Inspired Self-Healable Ti₃C₂ MXenes/Rubber-Based Supramolecular Elastomer for Intelligent Sensing的研究论文，受蛋白质中氨基酸的超分子相互作用的启发，本文报道了一种基于纳米结构的Ti₃C₂ MXenes/橡胶超分子弹性体(NMSE)的机械健壮、高灵敏度和自主自愈的柔性电子传感器。通过丝氨酸上的羟基和羧基的酯化反应对MXene纳米薄片进行改性。表面化MXene与弹性体分子链之间的蛋白质激发的超分子氢键界面，使NMSE在完全破坏后，在室温下能完全恢复其原本改善的机电性能。同时，灵敏而稳定的纳米结构导电网络使电子传感器具有高规因数、低应变检测极限、响应时间快、重现性好等优点，能够准确地检测人体微小的生理活动和水分变化。此外，本文开发了一个MXenes/橡胶基的传感器与完整的信号处理和命令输出系统相结合的传感平台，展示了语音控制动作的可行性。

       这种高性能的自愈MXenes/橡胶基传感平台使软机器人、人工智能和健康监测的广泛应用成为可能。

图1. NMSE的主要准备过程。

图2. NMSE中的化学相互作用与纳米结构表征。

图3. 柔性NMSE的自修复性能以及得到改善的机械性能。

图4.基于NMSE的电子传感器的传感特性。

图5.基于NMSE的传感平台，结合完整的信号处理和命令输出系统。

   虽然MXene/聚合物功能复合材料的研究还处于起步阶段，但本文首先利用MXene/橡胶基超分子弹性体制造了一种自愈型柔性电子传感器。NMSE与精心设计的超分子键合界面和导电纳米结构相结合，具有较低的导电渗透阈值、良好的自愈合性能、良好的机械韧性和柔韧性，是制备多功能MXenes/聚合物纳米复合材料的有效方法。合成的传感器具有良好的传感性能，可以准确地检测人体微小的生理运动和外部水分变化。通过与信号识别和命令输出系统的集成，基于NMSE的传感器能够通过语音控制模型车辆的运动，探索了基于生物灵感的自愈合MXenes/橡胶基电子传感器在智能传感中的潜在应用。