基于肽自组装超分子水凝胶的柔性电子皮肤及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于肽自组装超分子水凝胶的柔性电子皮肤及其制备方法。柔性电子皮肤包括基底和布置在基底上的传感单元，采用肽自组装超分子水凝胶作为基底，采用功能导电填料掺杂的肽自组装超分子水凝胶作为传感单元；肽自组装超分子水凝胶中加入天然高分子、合成高分子、蛋白质而形成双网络水凝胶，或加入离子、纤维材料，或用物理化学调控内部肽自组装体的微观形貌。本发明专利技术通过形成双网络、调节单一肽自组装体形貌等方法对肽自组装超分子水凝胶进行强化，在维持良好生物相容性的同时满足了制造柔性电子皮肤的机械性能要求，自组装体形貌及机械性能可调，能够利用敏感材料与基底材料的机械强度差异增加触觉传感单元的检测灵敏度。测灵敏度。测灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
基于肽自组装超分子水凝胶的柔性电子皮肤及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种柔性电子皮肤及其制备方法，尤其涉及一种基于肽自组装超分子水凝胶的柔性电子皮肤及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，模仿人体皮肤结构发展而来的柔性电子皮肤技术受到极大关注。作为一种集成化的检测平台，柔性电子皮肤能够实现分布式信息检测、通信及信号处理、能量转化及存储等功能，在智能假肢、伤口修复、动作检测、医疗诊断、人机交互等领域均有广阔的应用前景。
[0003]现阶段的柔性电子皮肤大多采用高分子聚合物作为基底材料，具有良好的柔性、延展性，相对稳定的化学性质，以及不可逆的交联过程。这类基于高分子材料的柔性电子皮肤大多作为人体可穿戴式电子设备，或应用于人造假肢、工业机械手等的分布式触觉检测。目前，部分技术先进的高分子柔性电子皮肤产品已经具备较高的器件高集成度，能够实现触觉、温度、光学、化学等信息的多功能检测，部分产品还具有自我供能、自我修复、可生物降解等特殊功能。
[0004]随着神经探针、人机接口等技术的蓬勃发展，植入式电子设备将成为电子皮肤的新发展方向。受到材料生物相容性的制约，高分子柔性电子皮肤存在生物排异反应，且不可逆的交联过程造成其机械性能不易操控，难以适应新一代植入式电子皮肤的发展趋势。

技术实现思路

[0005]基于上述技术背景中存在的问题，结合肽自组装超分子水凝胶固有的生物相容性和物化性能调控的灵活性，本专利技术提出了一种基于肽自组装超分子水凝胶的柔性电子皮肤。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]一、一种基于肽自组装超分子水凝胶的柔性电子皮肤：
[0008]所述的柔性电子皮肤包括基底和传感单元，传感单元布置在基底上，采用肽自组装超分子水凝胶作为柔性电子皮肤的基底，采用功能导电填料掺杂的肽自组装超分子水凝胶作为柔性电子皮肤的传感单元。
[0009]所述的肽自组装超分子水凝胶中含有天然或人工合成的短肽或长肽、蛋白质水解所得的短肽或长肽、物理化学修饰的短肽或长肽，使电子皮肤的基底材料在兼具绝缘层功能的同时具有固有的生物相容性及其他指定的生物活性功能。
[0010]所述的短肽组成氨基酸不多于5个，如FF等；所述的长肽组成氨基酸多于 5个，如C
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GAGAGAGY等。
[0011]所述的蛋白质水解所得的短肽或长肽为丝素蛋白水解所得的肽序列等。
[0012]所述的物理化学修饰的短肽或长肽为Fmoc
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肽、PEG
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肽、脂肽等。
[0013]所述的肽自组装超分子水凝胶自组装形貌调控方式调控。
[0014]向所述肽自组装超分子水凝胶中加入天然高分子、合成高分子、蛋白质而形成双网络水凝胶，或向肽自组装超分子水凝胶中加入离子、纤维等强化材料，或采用物理、化学等方法调控肽自组装超分子水凝胶内部肽自组装体的微观形貌，以此增强肽自组装超分子水凝胶的机械性能。
[0015]所述天然高分子为壳聚糖、纤维素等。
[0016]所述的合成高分子如GelMA、海藻酸钠等。
[0017]所述的蛋白质为丝素蛋白、胶原蛋白等。
[0018]所述的离子为钙离子。
[0019]所述的调控肽自组装超分子水凝胶内部肽自组装体的微观形貌包括形态转变、尺寸转变的调控，如使自组装体纳米纤维转变为纳米带、调节自组装体长径比等。
[0020]本专利技术特殊设计采用了肽自组装体形貌调节因子配制加入到成胶过程中，能够使得肽自组装超分子水凝胶的微观形貌发生改变，由纤维向条带转变，进而提高机械性能。具体实施中采用了体积分数为12.5％的PEGDA700水溶液能够实现这样的技术效果。
[0021]所述的功能导电填料包括高分子导电材料、无机导电材料、金属导电材料或生物功能材料。
[0022]所述的高分子导电材料为PEDOT:PSS。
[0023]所述的无机导电材料采用碳量子点(0D)、碳纳米管(1D)、石墨烯(2D)。
[0024]所述的金属导电材料采用金纳米颗粒(0D)、银纳米线(1D)、银纳米片 (2D)、MXENE(2D)。
[0025]所述的生物功能材料采用辣根过氧化物酶HRP等。
[0026]所述的肽自组装超分子水凝胶在功能导电填料掺杂后具有压敏、热敏、光敏等特性，作为敏感材料实现对力、形变、振动、温度、光学、化学等信息的检测功能。
[0027]所述电子皮肤中，采用阵列化、分层、分区等布置传感单元，具有高集成度和多功能检测性能。
[0028]所述电子皮肤中，传感单元布置采用阵列化、分层化、分区化进行布置，以提高元件集成度并实现分布式信息检测；各传感单元之间采用导电水凝胶、柔性电路板(FPC)等作为电极引线的材料，通过上述设计确保电子皮肤具有分布式检测、多功能检测等预设检测功能。
[0029]本专利技术采用挤出式3D打印、微转印、注模等方法制造柔性电子皮肤，实现大面积分布式制造。
[0030]所述的电子皮肤采用挤出式3D打印、丝网印刷、微转印、注模法等制造方法，制造方法过程包括传感单元分层分区布置、电极引线布置、逐层逐区测试及封装等工序。
[0031]所述肽自组装超分子水凝胶采用以下方法制备：
[0032]1)选择肽序列溶解于乙醇或者六氟异丙醇等有机溶剂中，然后加入另一种凝胶因子形成双网络肽自组装超分子水凝胶，或加入肽自组装体形貌调节因子以强化肽自组装超分子水凝胶的机械性能，制备形成母液；
[0033]2)配制稀释液；
[0034]所述2)中，取无菌超纯水按比例加入成胶过程所需的引发剂配置形成稀释液，若不需额外加入引发剂，则获得直接取无菌超纯水作为稀释液。
[0035]3)向母液与稀释液按比例混合均匀，注入电子皮肤的模具中并静置成胶。
[0036]所述3)中，对于某些需要特定成胶条件的肽及凝胶因子，调节溶液pH或紫外光照射等促进成胶。
[0037]所述的凝胶因子为海藻酸钠、丝素蛋白等。
[0038]所述的肽自组装体形貌调节因子为聚乙二醇PEG、葡萄糖酸内酯GDL等。
[0039]所述的引发剂为钙离子、光引发剂等。
[0040]所述的肽序列和凝胶因子的摩尔配比的范围在1：0.01到1：100之间。
[0041]所述的肽序列和肽自组装体形貌调节因子的摩尔配比的范围在1：0.01到
[0042]1：1之间。
[0043]所述的母液与稀释液的质量配比的范围在1：0.5到1：2之间。
[0044]所述功能导电填料掺杂的肽自组装超分子水凝胶采用以下方法制备：
[0045](1)选择肽序列溶解于乙醇或者六氟异丙醇等有机溶剂中，然后加入另一种凝胶因子形成双网络肽自组装超分子水凝胶，或加入肽自组装体形貌调节因子以强化肽自组装超分子水凝胶的机械性能，制备形成母液；
[0046](2)配制稀释液；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于肽自组装超分子水凝胶的柔性电子皮肤，其特征在于方法包括：所述的柔性电子皮肤包括基底和传感单元，传感单元布置在基底上，采用肽自组装超分子水凝胶作为柔性电子皮肤的基底，采用功能导电填料掺杂的肽自组装超分子水凝胶作为柔性电子皮肤的传感单元。2.根据权利要求1所述的一种基于肽自组装超分子水凝胶的柔性电子皮肤，其特征在于：所述的肽自组装超分子水凝胶中含有天然或人工合成的短肽或长肽、蛋白质水解所得的短肽或长肽、物理化学修饰的短肽或长肽。3.根据权利要求1或者2所述的一种基于肽自组装超分子水凝胶的柔性电子皮肤，其特征在于：所述的肽自组装超分子水凝胶自组装形貌调控方式调控。4.根据权利要求3所述的一种基于肽自组装超分子水凝胶的柔性电子皮肤，其特征在于：向所述肽自组装超分子水凝胶中加入天然高分子、合成高分子、蛋白质而形成双网络水凝胶，或向肽自组装超分子水凝胶中加入离子、纤维等强化材料，或采用物理、化学等方法调控肽自组装超分子水凝胶内部肽自组装体的微观形貌。5.根据权利要求1所述的一种基于肽自组装超分子水凝胶的柔性电子皮肤，其特征在于：所述的功能导电填料包括高分子导电材料、无机导电材料、金属导电材料或生物功能材料。6.根据权利要求1所述的一种基于肽自组装超分子水凝胶的柔性电子皮肤，其特征在于：所述肽自组装超分子水凝胶采用以下方法制备：1)选择肽序列溶解于乙醇或者六氟异丙醇等有机溶剂中，然后加入另一种凝胶因子，或加入肽自组装体形貌调节因子，制备形成母液；2)配制稀释液；3)向母液与稀释液按比例混合均匀，注入电子皮肤的模具中并静置成胶。7.根据权利要求1所述的一种基于肽自组装超分子水凝胶的柔性电子皮肤，其特征在于：所述功能导电填料掺杂的肽自组装超分子水凝胶采用以下方法制备：(1)选择肽序列溶解于乙醇或者六氟异丙醇等有机溶剂中，然后加入另一种凝胶因子，或加入肽自组装体形貌调节因子，制备形成母液；(2)配制稀释液；(3)选择功能导电填料掺杂在不同溶剂环境中的溶解性，加...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶凯，耿强，汪延成，梅德庆，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：