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鄭州大學毛彥超教授課題組報道了一種受人體皮膚皮脂膜啟發(fā)的基于蛋白質的生物質子水凝膠，其具有良好的保水性并用于人工皮膚。具有質子導電特性的牛血清白蛋白被用于這種水凝膠當中，自然存在于皮膚表面的甘油作為人工皮脂膜被用來保水。這種水凝膠被用作一種生物質子皮膚（B-skin），其具有優(yōu)良的保水性、抗凍性、可拉伸性、透明性和生物降解性，可用于長時間測量人體電生理信號以及傳感?；谠撋镔|子皮膚，進一步開發(fā)了智能機械人控制系統和藍牙手機操控系統。相比于傳統的人工皮膚，這種生物質子皮膚由類似于皮膚材料組分的生物材料構成，包括蛋白質、皮膚自身能夠產生的甘油和水。這種生物質子皮膚很有前景用于發(fā)展新一代的人機融合界面。該研究以“Sebum-Membrane-Inspired Protein-Based Bioprotonic Hydrogel for Artificial Skin and Human-Machine Merging Interface” 為題發(fā)表于國際權威期刊《Advanced Functional Materials》。

圖1. 受皮脂膜啟發(fā)的基于蛋白質的生物質子皮膚基本結構

具有質子導電特性的牛血清白蛋白被用于生物質子水凝膠當中，自然存在于皮膚表面的甘油作為人工皮脂膜被用來保水。這種水凝膠構成的生物質子皮膚具有良好的透明性、可拉伸性、抗凍性和生物降解性。

圖2. 生物質子皮膚的機械性、抗凍性、保水性和電學性質

分別對生物質子皮膚的機械性、抗凍性、保水性和電學性質進行測試。其最大伸長量可以達到約400%，即使在-20℃的溫度下其仍然保持良好的拉伸性。生物質子皮膚表現出優(yōu)良的長時間保水性。在不同環(huán)境條件下，生物質子皮膚的電化學阻抗測試。

圖3. 生物質子皮膚用于測量電生理信號

具有良好導電性和拉伸性的生物質子皮膚被用于采集人體電生理信號。貼附在人體的相應部位獲取不同的電生理信號，包括腦電(EEG)、心電(ECG)和肌電(EMG)，并且可以進行長時間或低溫下的信號采集。

圖4. 生物質子皮膚應用于智能機器人操控和手機控制系統

基于這種生物質子皮膚的電生理信號采集能力，進一步開發(fā)了一種智能機械人控制系統。通過采集人體手臂伸直和彎曲的肌電圖信號可以相應地控制機器人。利用生物質子皮膚的傳感性能，開發(fā)了一種智能藍牙手機操控系統，可以用來控制音樂播放。這種生物質子皮膚在智能機器人和個人電子方面的具有著廣闊的應用前景。