同濟大學閆冰教授團隊《Mater. Horiz.》：HOF基發(fā)光皮膚傳感器具有三重力致變色響應(yīng)，用于人體生物物理信號的識別與收集

2023-02-28 來源：高分子科技

力致變色是一種改變光信號的能力，如發(fā)光顏色和強度、透明度、吸光顏色以響應(yīng)外部機械刺激。目前，具有發(fā)光力致變色響應(yīng)的柔性材料很少被報道，而同時具有拉伸、彎曲和壓縮三種力致變色響應(yīng)的力敏傳感器件還沒有報道過，因此，其也成為了力致變色領(lǐng)域的重大研究挑戰(zhàn)之一。

圖1. (a) 皮膚傳感器通過生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換生物電或光信號的示意圖，以實現(xiàn)信號增強。(b) 藍環(huán)章魚（頭足類）通過收縮或擴張色素細胞來改變皮膚顏色。(c)拉伸、彎曲和壓縮三種力致變色過程。

近期，同濟大學化學科學與工程學院閆冰教授團隊合成了一例離子型氫鍵有機框架(HOF-TJ-1)藍光材料，并通過陽離子交換的方法合成了具有紅，黃，綠三種發(fā)光顏色的Dye@HOF材料。受藍環(huán)章魚的皮膚變色行為啟發(fā)，團隊提出了一種發(fā)光力敏仿生皮膚傳感器的概念，即使用PDMS材料合成了四種HOF基具有三重力致變色響應(yīng)的皮膚傳感器（1?4）。在拉伸過程中，1?3的發(fā)光顏色從最初的藍色變?yōu)榧t色、黃色、綠色，4表現(xiàn)出增強的藍色發(fā)射。在0?40%的壓縮應(yīng)變下，1?4的藍色發(fā)射增強。該傳感器上層具有多孔結(jié)構(gòu)，在拉伸，彎曲和壓縮的過程中，1?4表現(xiàn)出了超低的檢測限和極好的可重復(fù)性。通過有限元仿真模擬計算，三種力致變色響應(yīng)（拉伸，彎曲和壓縮）的機理得到了合理的解釋。進一步，基于1的發(fā)光力致變色響應(yīng)，還實現(xiàn)了三種智能應(yīng)用，即，手指運動傳感、手勢識別和觸覺增強的手掌信息收集。該工作以“Bioinspired HOF-based luminescent skin sensor with triple mechanochromism responses for recognition and collection of human biophysical signals”為題發(fā)表在《Materials Horizons》上。文章第一作者是同濟大學化學科學與工程學院的在讀博士生徐鑫。該研究得到國家自然科學基金委的支持。