【摘 要】
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人体皮肤就像是多元化的传感器,能够感知触觉、痛觉、电压等变化并对这种变化做出相应的反应,但当人们遭遇意外伤害导致人体皮肤无法自行修复时,则需要通过人造电子皮肤进行辅助治疗。理想的人造电子皮肤应具有高灵敏度,可实时监测人体健康活动,包括脉搏跳动、声带振动等微小变化,也需要具备良好的生物相容性和生物可降解性能,以满足人造电子皮肤与天然皮肤相融合的要求。而目前较少有满足上述条件的电子皮肤材料,本文为解决
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人体皮肤就像是多元化的传感器,能够感知触觉、痛觉、电压等变化并对这种变化做出相应的反应,但当人们遭遇意外伤害导致人体皮肤无法自行修复时,则需要通过人造电子皮肤进行辅助治疗。理想的人造电子皮肤应具有高灵敏度,可实时监测人体健康活动,包括脉搏跳动、声带振动等微小变化,也需要具备良好的生物相容性和生物可降解性能,以满足人造电子皮肤与天然皮肤相融合的要求。而目前较少有满足上述条件的电子皮肤材料,本文为解决以上问题展开探究,具体的研究内容及方案分为以下两部分:（1）制备了一种以丝素蛋白为基底的电子皮肤。为了研发这种电子皮肤材料,首先用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯（GO）;其次配制具有不同质量比的丝素蛋白（SF）和GO的纺丝液,利用静电纺丝技术纺制SF/GO纳米纤维膜;然后将其浸渍于GO分散液中,利用连二亚硫酸钠将的GO还原成RGO（还原氧化石墨烯）附着于SF/GO纳米复合膜表面形成具有导电能力的SF/GO纳米纤维复合柔性电子皮肤。借助FE-SEM、FTIR、EDS、XRD等测试对不同浓度比的电子皮肤材料进行相应的表征分析。将得到的具有优异生物相容性和体外生物降解性能的电子皮肤设计为压力传感器并应用于可穿戴设备和电子皮肤材料。再利用自搭建的平台和无线配置探究了电子皮肤的传感性能,测试结果表明:在6%的微小形变以下平均灵敏度因数（GF）为0.05,在6%到12%的形变下平均GF达到44.1,响应时间约为46ms,恢复时间约为51ms;同时该电子皮肤可以无线监测人体的关节运动和作为脉搏监测器监测人体的心率,在经过弯曲-释放循环1100次后依旧保持稳定的传感性能。（2）为了进一步提高该电子皮肤的稳定性,本实验利用硫酸铵溶液对SF/GO纳米纤维复合柔性电子皮肤进行盐析处理,并探讨不同浓度硫酸铵溶液所处理的SF/GO纳米纤维复合柔性电子皮肤各方面性能的变化,采用SEM、FTIR、EDS、力学拉伸测试和响应测试等方法对SF/GO纳米纤维复合柔性电子皮肤进行表征、分析,并对处理前后的SF/GO纳米纤维复合柔性电子皮肤材料的微观形貌、二级结构、力学性能和稳定性进行研究。研究结果表明:当硫酸铵水溶液浓度在25wt%时SF/GO纳米纤维复合柔性电子皮肤机械性能增强最多,杨氏模量提高了308%,断裂功大小增加了181%。改进后的SF/GO纳米纤维复合柔性电子皮肤不仅可以实现人体微小感应以及无线应用,并且改进后的弯曲-释放循环次数从原来的1100次提高到36000次,显著提高了该材料的稳定性;利用自组建的无线配置,实现了SF/GO纳米纤维复合柔性电子皮肤与智能手机之间的无线连接并且能够进行数据传输,达到实时监测。
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