纤维基三明治夹芯结构电子皮肤的可控制备及动态压力传感机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51873030
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0301.高分子材料制备
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Nowadays the electronic skins for pulse monitoring widely exist the weaknesses of poor breathability and low sensitivity, easily causing the problem of skin irritation and the difficulties of data reading and analysis, which can hardly meet the urgent needs of high comfort and stability for long-term and real-time pulse monitoring. This project intends to study the formation and structure regulation of fiber based electronic skin, and reveal its dynamic pressure sensing mechanism, so as to obtain a highly sensitive and breathable electronic skin. Recently the applicants fabricated an all-fiber structured electronic skin using the electrospinning technique, which can sense the pressure change with decent permeability. However, the current pressure response accuracy is still not capable of fulfilling the requirement of practical application. This project will carry out the controllable preparation of laminated sandwich structured (namely orientation-porous-orientation) fiber materials and their piezoelectric properties optimization research, reveal the forming boundary condition and control rules of sandwich structured nanofibers, simulate the evolution process of charge formation and transfer on the surface of nanofibers, establish the suitable pressure response model for multilayered composite nanofibers, clarify the pressure sensing mechanism of fiber based electronic skin, illustrate the inner relation between the intrinsic structure of fiber based electronic skin and its application performance, realize the goals of sensitivity higher than 500 mV/kPa and linearity better than 0.1 %F.S. in the range of 10-100 kPa, in order to eventually meet the demand in the field of intelligent wearables.
当前脉搏监测用电子皮肤普遍存在不透气、灵敏度低等缺陷,易导致皮肤发炎、读数和分析困难等问题,难以满足长期实时监测对高舒适性和稳定性的迫切需求。本项目拟研究纤维基电子皮肤的成型及结构调控规律,揭示其动态压力传感机制,从而获得高灵敏度可呼吸电子皮肤。近期申请者利用静电纺丝技术制备出全纤维结构触觉传感型电子皮肤,其透气性优异,但现有压力响应精度仍未达到实际应用要求。本项目将开展三明治夹芯(取向-多孔-取向)结构纤维膜材料的可控制备及其压电性能优化研究,揭示三明治夹芯结构纳米纤维膜的成型边界条件及调控规律,模拟纤维膜表面电荷形成与转移的演变过程,建立适用于多层复合纤维结构的压力响应模型,阐明纤维基电子皮肤的压力传感机制,明晰纤维基电子皮肤本体结构与应用性能间的内在关联,实现在10-100kPa区间内灵敏度高于500mV/kPa,线性度优于0.1%F.S.的目标,以满足其在智能可穿戴领域的应用需求。

结项摘要

受生物皮肤的启发,电子皮肤作为一种新型的可穿戴系统具有仿皮肤触觉传感功能,并在多个领域具有广阔的应用前景,如人工假肢、智能机器人、可穿戴设备、健康监测等。依据其实际应用性能,除传感性能外,电子皮肤还必须具有良好的柔性、可拉伸性、轻量化、可呼吸性等基本性能。纤维和织物材料作为人体的第二“皮肤”与皮肤贴附性较好,具有柔软、透气、轻薄等独特优势,将其与可穿戴技术结合解决电子皮肤难以集成、不透气等问题具有重要意义。而静电纺丝技术能够直接制备微纳米纤维,具有设备简单、成本低廉、可连续生产等优势。本课题以纳米纤维膜为核心设计纤维基三明治夹芯结构电子皮肤,通过材料设计、纤维形貌调控及后处理工艺提升纤维膜的传感性能、透气性能及力学性能,并基于多种传感原理,对各个功能层实现集成设计,进一步赋予器件多功能的特性,以满足可穿戴电子器件更连续、灵敏的监测需求和复杂多变的使用环境。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Highly Flexible, Efficient and Sandwich Structured Infrared Radiation Heating Fabric
高度灵活、高效的三明治结构红外辐射加热织物
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b23099
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Kaili Qiu;Ahmed Elhassan;Tianhe Tian;Xia Yin;Jianyong Yu;Zhaoling Li;Bin Ding
  • 通讯作者:
    Bin Ding
Flexible Temperature Sensors Constructed with Fiber Materials
由纤维材料制成的柔性温度传感器
  • DOI:
    10.1002/admt.202101182
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Advanced Materials Technologies
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Junyi Cai;Mingjuan Du;Zhaoling Li
  • 通讯作者:
    Zhaoling Li
Superstable and Intrinsically Self-healing Fibrous Membrane with Bionic Confined Protective Structure for Breathable Electronic Skin
具有仿生受限保护结构的超稳定和本质自愈纤维膜,用于透气电子皮肤
  • DOI:
    10.1002/anie.202200226
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Angewandte Chemie International Edition
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Miaomiao Zhu;Jialu Li;Jianyong Yu;Zhaoling Li;Bin Ding
  • 通讯作者:
    Bin Ding
Bioinspired Transparent and Antibacterial Electronic Skin for Sensitive Tactile Sensing
用于敏感触觉传感的仿生透明抗菌电子皮肤
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Nano Energy
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Miaomiao Zhu;Yabing Wang;Mengna Lou;Jianyong Yu;Zhaoling Li;Bin Ding
  • 通讯作者:
    Bin Ding
All-fiber Structured Electronic Skin with High Elasticity and Breathability
高弹性、透气性的全纤维结构电子皮肤
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Advanced Functional Materials
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Zhaoling Li;Miaomiao Zhu;Jiali Shen;Qian Qiu;Jianyong Yu;Bin Ding
  • 通讯作者:
    Bin Ding

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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