摘要：第一作者：Zhiyue Fang通讯作者：Hengchong Shi，Lei Wang通讯单位：中科院长春应化所，中国科学技术大学DOI: http://doi.org/10.1039/D2TA02998G

第一作者：Zhiyue Fang

通讯作者：Hengchong Shi，Lei Wang

通讯单位：中科院长春应化所，中国科学技术大学

DOI: http://doi.org/10.1039/D2TA02998G

人体皮肤是一个具有适当强度、弹性和各种生理功能的多细胞器官。以触觉感知为例，它主要是通过细胞膜上的机械敏感阳离子通道蛋白（压电蛋白）来实现的，该蛋白可以可逆地变形和打开离子通道，释放阳离子进行跨膜转运，从而产生电信号。胶原蛋白和纤维连接蛋白等整合素协同增强人体皮肤的弹性、强度和愈合。最近，压电蛋白的这种可逆离子泵传输有望激发各种机械传感材料的发展，而关键在于如何将皮肤样压电离子动力学和其他必要的特性（自主愈合和卓越的弹性等）很好地整合到一个均匀的系统中。目前的合成策略主要依赖于将导电纳米填料引入柔性聚合物基质中，以利用其快速的电信号传输，但填料和聚合物之间的不良相互作用可能会导致界面不相容和功能之间不可调和的矛盾。制造过程通常也相对复杂和耗时。此外，聚合物基质的不可回收性和不可降解性最终导致其作为电子废物（电子废物）被丢弃。

硫辛酸（TA）是一种天然抗氧化剂，具有动态五元环二硫键和侧羧基。其环应变较大的环状二硫化物单元可以很容易地被激活，并通过开环聚合（ROP）形成具有生物相容性和可降解性的多硫化物（聚（TA））。此外，TA的侧羧基也可以改变，赋予一些特定的功能，如粘合剂、自进化、可调发光、智能响应、柔性导电、生物医学材料、等。此外，聚（TA）中丰富的二硫键赋予了多种功能，如自愈和再加工能力。硫形成金属硫键的高金属亲和力可以改善离子迁移，正如电池中锂硫相互作用的构建所证明的那样，这对于构建可控的离子传输至关重要。得益于这些动态和可修改的特性，聚（TA）有望成为下一代动态智能软材料中环保聚合物基质的理想候选者。然而，亚稳态聚（TA）通常表现出较差的机械性能，这是由于在室温下由现有的末端二自由基引发的闭环解聚在几分钟内从交联网络结构转变为半结晶低聚物，严重阻碍了高性能应用。为了解决这些缺点，主要策略包括引入乙烯共聚物来淬灭末端二自由基或在侧羧基和金属离子（例如Fe（III））之间形成配位键，以进一步提高聚（TA）的韧性。然而，poly（TA）在柔性机械传感器中的局限性仍未得到解决，特别是其机械鲁棒性和传感能力之间的固有矛盾，以及在低压条件下实现高灵敏度的挑战。

本文亮点

1. 本工作受人体皮肤中压电蛋白和整合素的生物启发，通过多约束相互作用网络制备了具有皮肤样压电离子动力学的硫辛酸（TA）衍生离子弹性体。

2. 该仿生网络是通过将二烯共聚单体和锂盐填料引入多硫化物（聚（TA））中，产生许多动态相互作用（各种氢键和锂键）而构建的。

3. 这些动态相互作用可以将离子结合到多硫化物上，并在外部压力刺激下被破坏，从而实现可控的离子泵浦行为。

5. 这些相互作用还可以作为牺牲键和自愈位点，协同提高性能的各个方面，产生2.47 MPa的高模量和98%的出色自愈效率。

图文解析

图1. 仿生硫辛酸（TA）衍生的离子弹性体具有类似皮肤的压电离子动力学。a） 人体皮肤和TA衍生的离子弹性体通过仿生自约束多相互作用网络的自愈和可控机械响应示意图。b）TA衍生离子弹性体的制备及其相应的多相互作用。c） TA衍生离子弹性体的增强性能。

图2. TA衍生离子弹性体的合成和表征。a） TA衍生离子弹性体的制备工艺和化学结构示意图。b） TA、TM-15和聚（LiTFSI TA MBA）（LTM-x）的拉曼光谱。c） TA、TM-15和LTM-x的ATR-FTIR测量光谱。d）TM-15和LTE-x的x射线衍射光谱。e）TM-15的动态力学分析。

图5. LTM-x的工作原理基于约束效应和相关的传感性能。a） TA衍生离子弹性体的压力传感机制示意图。b） 不同LiTFSI含量的TM-15和LTM-x在静压下的压力响应。c） LTM-20的可逆电信号响应。d） LTM-20的离子动力学和自由离子密度在压力下增加。e） LTM-20与其氯化胆碱（CCI）对照（CCTM）之间的压力响应比较，LTM-20的灵敏度数据显示在插值器内。f） LTM-20在动态压力下响应信号的可靠重现和可逆恢复。g） LTM-20的当前响应耐久性测试结果是通过循环施加压力载荷至5.342 kPa的固定压力（250个循环）。h） LTM-20与之前报道的自愈压力传感器在自愈效率、模量和灵敏度方面的比较。

来源：华算科技