基于丝素蛋白/还原氧化石墨烯复合膜的可拉伸导电生物相容性电子皮肤研究

为解决柔性电子皮肤(e-skin)材料难以同时实现机械拉伸性、导电性和生物相容性的问题，研究人员创新性地开发了一种基于丝素蛋白(SF)/还原氧化石墨烯(rGO)复合膜的柔性电子皮肤。通过可扩展的滴铸法构建复合膜，实现了优异的力学性能(57.43 MPa断裂强度)、可调导电性(1.8 kΩ/sq)和生物相容性(L929细胞7天增殖实验证实)。该研究为新一代可穿戴设备、健康监测和植入式传感器提供了多功能材料解决方案。

　　

在科技日新月异的今天，柔性电子技术正在重塑医疗监测、人机交互和智能穿戴的未来图景。其中，电子皮肤(e-skin)作为模仿人类皮肤感知功能的前沿技术，能够实现压力、应变和温度等多模态传感，在机器人、假肢和医疗诊断领域展现出巨大潜力。然而，现有材料体系面临一个关键瓶颈：传统金属和硅基材料虽导电性优异但缺乏柔性，而生物材料往往导电性能不足。如何开发兼具机械柔韧性、导电稳定性和生物相容性的新型复合材料，成为制约电子皮肤技术发展的"卡脖子"难题。

针对这一挑战，国内研究人员创新性地将目光投向自然界中的神奇材料——丝素蛋白(SF)。这种源自蚕茧的天然蛋白质具有令人惊叹的特性组合：优异的机械强度、与人体组织相似的柔韧性、出色的生物相容性，以及可调控的降解性能。与此同时，还原氧化石墨烯(rGO)作为石墨烯的导电衍生物，以其卓越的导电性和机械强度成为理想的活性组分。研究人员通过巧妙的材料设计，将这两种性能互补的材料有机结合，开发出新型SF/rGO复合膜。

这项发表在《Results in Chemistry》的研究采用了几个关键技术方法：通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO)，采用旋转涂布技术构建多层GO薄膜，利用化学还原法获得rGO膜，最后通过优化浓度的SF溶液滴铸工艺完成复合膜制备。细胞实验采用标准MTT法评估生物相容性，使用L929成纤维细胞进行为期7天的增殖测试。

研究结果部分显示：

1. 材料表征证实：TEM和XRD分析显示rGO成功还原，层间距从GO的0.83 nm减小到0.33 nm；Raman光谱显示I_D/I_G强度比显著增加，证实了石墨结构的恢复。
2. 形貌特征：AFM显示复合膜表面粗糙度(Rq)从纯SF的6.5 nm增加到28.0 nm，这种可控的粗糙度有利于增强传感器-基底界面相互作用。
3. 力学性能：随着旋涂次数增加(2-10次)，断裂强度从54.67 MPa提升至57.43 MPa，同时断裂伸长率从14.57%降至13.25%，展现了强度-延展性的可调控性。
4. 光电性能：复合膜在可见光区保持65%以上的透光率；10次旋涂的样品电阻低至1.8±0.4 kΩ/□，且在600次弯曲循环后仍保持稳定导电性。
5. 生物相容性：MTT实验显示，SF/rGO组细胞增殖率达157.89%，显著优于多数文献报道值；7天培养后形成致密细胞单层，证实材料无细胞毒性。

研究结论部分指出，这项工作通过创新的滴铸工艺成功构建了多功能SF/rGO复合膜，解决了传统e-skin材料难以兼顾柔性、导电和生物相容性的技术难题。与现有技术相比，该方法具有工艺简单、成本低廉、易于规模化等优势。特别值得注意的是，材料在保持医用级生物相容性的同时，其57.43 MPa的断裂强度和1.8 kΩ/sq的导电性均达到行业领先水平。这种性能平衡的突破，使得该材料在智能假肢、可穿戴健康监测和植入式传感器等领域具有广阔应用前景，为下一代柔性电子设备的发展提供了新的材料选择和技术路线。