Uppfinningin snýr að andardrættri, lífbrjótanlegri, bakteríudrepandi og sjálfknúnri rafeindahúð úr heilu nanófrefjum sem byggir á núningsnanogenerator.

Sem stærsta líffæri mannslíkamans hefur húð manna ekki aðeins grunnhlutverkin vernd, seytingu og öndun, heldur er hún einnig mikilvægt skynskynjunarkerfi fyrir samskipti og samskipti milli manna og efnisheims. Undanfarin ár hefur þróun lífrænnar rafrænnar húðar vakið mikinn áhuga rannsakenda og hún hefur fjölbreytt úrval af notkunarsviði í persónulegri heilsuvöktun sem hægt er að klæðast, snjöllum gerviliðum og vélfærafræði, samskiptum manna og tölvu og gervigreind.

Byggt á mismunandi líkamlegum skynjunaraðferðum er hægt að flokka rafræna húð í piezoresistive, rafrýmd, piezoelectric og triboelectric tegundir. Rafræn húð skynjar og mælir margs konar umhverfisáreiti, þar á meðal hitastig, raka, þrýsting, titring og snertingu, og breytir þeim í rauntíma og sjónræna rafpúlsa. Núningsafl er eins konar notkun rafmagnssnertingar við tengingaráhrif rafstöðueiginleikar, hægt er að breyta dýrmætri algengri vélrænni orku í raforkuaðgang að nýrri orkutækni, litlum tilkostnaði, einföldum uppbyggingu, þægilegri notkun, efnisvali, mikilli umbreytingarnýtni osfrv. . Á sviði wearable aflgjafa og aflgjafa skynjari hefur víðtæka umsókn möguleika, er tilvalið val fyrir orku sjálfstæði gerð rafræn húð.

Sveigjanleiki, teygjanleiki, næmni, aðlögunarhæfni og vélræn ending eru algengustu rannsóknarleiðbeiningar rafrænnar húðar um þessar mundir, sem einnig er tiltölulega auðvelt að átta sig á. Á undanförnum árum, í því skyni að bæta alhliða frammistöðu rafrænnar húðar, hafa sérstakar aðgerðir rafrænnar húðar, svo sem endurvinnsluhæfni, sjálfsheilun, formminni, rafljómun og vélrænni ljómun, verið rannsökuð smám saman. Þrátt fyrir stöðuga hagræðingu og endurbætur á ofangreindum þáttum hefur þægindi, öryggi og umhverfisvernd rafrænnar húðar verið vanrækt, sem að miklu leyti hindrar hagnýta notkun rafrænnar húðar. Þess vegna verður rafræna húðin með fullkominni þægindi og hagkvæmni að vera andar, niðurbrjótanleg og bakteríudrepandi. Loftgegndræpi er mikilvægur árangur til að stilla hita- og rakajafnvægi og átta sig á gasskiptum milli mannslíkamans og ytra umhverfisins. Hins vegar notar flest afkastamikil rafræn húð himnur sem rafskaut eða hvarfefni, sem getur valdið ertingu í húð og jafnvel bólgu og kláða. Að auki er langvarandi snerting milli e-húð og húð manna góður miðill fyrir örveruvöxt, þannig að bakteríudrepandi eiginleikar eru mikilvægir fyrir e-húð til að hindra bakteríuvöxt og koma í veg fyrir bakteríusýkingu. Að auki eru flest efni ekki einnota, við lok endingartíma þeirra geta orðið rafræn úrgangur, jafnvel skaðað mannslíkamann eða mengað umhverfið.

Nýlega hannaði rannsóknarteymi Beijing Institute of Nanometer Energy and Systems, Kínverska vísindaakademíuna andar, niðurbrjótanlega, bakteríudrepandi og sjálfknúna rafræna húð úr nanótrefjum sem byggir á núningsnanogenerator, sem gerði sér grein fyrir vélrænni orkusöfnun og sjálfknúnri skynjun á Lífeðlisfræði mannslíkamans og merki um hreyfingar í liðum. Með fjölmjólkursýru/glýkólsýru samfjölliðu (PLGA) og pólývínýlalkóhól (PVA) nanófrefjahimnu í sömu röð sem rafvæðingarlag og undirlagið og silfur nanóvíra (AgNW) sem milliliður, myndaður með margra laga skörpum nanófrefjaneti og miklum fjölda þriggja -víddar uppbygging ör-nano holur byggt á rafrænum húð núning máttur, vera gagnlegt fyrir húð mannslíkamans og ytra umhverfi hitaflutnings. Á sama tíma hefur rafræna húðin mjög góða bakteríudrepandi eiginleika, getur í raun hindrað vöxt Escherichia coli og Staphylococcus aureus og komið í veg fyrir bakteríusýkingu. Með því að breyta stærð og samsvörun lífbrjótanlegra PLGA og PVA er hægt að stilla niðurbrotshring rafrænu húðarinnar í nokkra daga til nokkrar vikur. Að auki, með hámarksúttaksvirkni upp á 130 mW/m2 og spennuviðbragðsnæmni upp á 0.011 kPA-1, getur rafræna húðin gert rauntíma óífarandi sjálfknúið eftirlit með lífeðlisfræðilegum merkjum (svo sem örtjáningu, púls, öndun og köllum) og liðahreyfingar (svo sem hnúa, olnboga, hné og ökkla) mannslíkamans. Þessi vinna veitir áður óþekkta rannsóknarstefnu til að þróa hagnýta fjölnota rafræna húð. Niðurstöður fyrir "Andar, lífbrjótanlegt, bakteríudrepandi og sjálfknúna rafræna húð - byggt á öllum - nanófrefja triboelectric nanogenerators", birt í Science Advances.

Uppbyggingarhönnun og samsetningareiginleikar heilrar nanófrefja rafrænnar húðar byggðar á núningsnanogenerator

Einkenni togþols, loftgegndræpis og rafmagnseiginleika

Einkenni örverueyðandi og niðurbrjótanlegra eiginleika

Kerfisbundin lífeðlisleg merki og eftirlit með hreyfingum liða

Vísindaframfarir (IF:12.804) Pub Dagsetning:2020-06-26,

DOI: 10.1126 / sciadv aba9624