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  如今，隨著全球氣候條件的逐漸變差，人類更易暴露在有害的外部刺激下（包括高溫、高濕度、有害化合物和病原體），特別是2019年的COVID-19疾病的大規(guī)模爆發(fā)更是給我們敲響了警鐘。所以，不論在任何情況下，個(gè)人防護(hù)裝備（personal protective equipment, PPE）對(duì)于人體免受傷害至關(guān)重要。而傳統(tǒng)的防護(hù)用具僅能提供有限的防御。盡管目前出現(xiàn)了各種用于人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、室外熱管理和疾病診斷的功能化設(shè)備，但PPE的功能集成和工程化缺乏系統(tǒng)性，整個(gè)制備過(guò)程繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)。因此，迫切需要研發(fā)一種兼具更實(shí)用的性能和更簡(jiǎn)單的常規(guī)定制的綜合性PPE，但仍然存在挑戰(zhàn)。

  為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效的智能多功能防護(hù)設(shè)備的可編輯和工程化研究，近日，東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院葛麗芹教授課題組和信息科學(xué)與工程學(xué)院程強(qiáng)教授合作，設(shè)計(jì)了一種熱/濕度驅(qū)動(dòng)的多模式個(gè)人保護(hù)裝備，該裝置具有智能監(jiān)測(cè)和防護(hù)功能，以及皮膚表面濕度和熱量的調(diào)節(jié)功能。在此，該研究通過(guò)層層自組裝技術(shù)（LBL assembly technology）將舒適度調(diào)節(jié)（Pleasurable self-regulation）、呼吸檢測(cè)（Respiratory detection）、拒油式抗細(xì)菌粘附性（Oil repellent for anti-bacterial-adhesion）、透明化視覺(jué)監(jiān)控有害揮發(fā)性有機(jī)化合物（Transparent visual-monitoring hazardous volatile organic compounds）、電磁屏蔽（Electromagnetic interference shielding）、損傷耐受性（Credible-Tolerance of damage）功能集成到單一的致動(dòng)器（PROTECT致動(dòng)器）中，便于多模式的個(gè)人防護(hù)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，PROTECT致動(dòng)器可保護(hù)用戶免受外界環(huán)境的傷害以及對(duì)有害揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的早期預(yù)警。這種防護(hù)型致動(dòng)器的設(shè)計(jì)為新型自定義和易于獲得的防護(hù)設(shè)備研究提供了有效的策略，特別是有望用于新一代具有非接觸感知系統(tǒng)和全方位防護(hù)裝置的智能PPE研發(fā)。

圖1 PROTEC單向彎曲致動(dòng)器及其多模式的個(gè)人防護(hù)功能概要

  在這項(xiàng)工作中，研究人員將聚多巴胺納米顆粒（PNP）交替沉積在致動(dòng)器薄膜上以獲得高的濕度靈敏度，并且引入聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）后可實(shí)現(xiàn)快速的溫度響應(yīng)，協(xié)同實(shí)現(xiàn)持久的濕熱管理，并為長(zhǎng)期使用的人員提供良好的環(huán)境舒適度。然后通過(guò)LBL自組裝聚乙撐二氧噻吩（PEDOT）以實(shí)現(xiàn)濕度響應(yīng)的致動(dòng)器電阻信號(hào)變化，將智能呼吸檢測(cè)系統(tǒng)嵌入致動(dòng)器中。此外，由于PROTECT致動(dòng)器的高度親水性，通過(guò)抗油污和細(xì)菌附著來(lái)防止了病原體的侵害，其中對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制率均達(dá)到90%以上。并且該器件采用特殊的聚四氟乙烯（PTFE）材料作為基底膜，能夠通過(guò)視覺(jué)觀察PROTECT致動(dòng)器的透明度變化來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有害VOCs，非常方便和高效。另外，為了保護(hù)防護(hù)設(shè)備或工作人員免受電磁輻射干擾，這種嵌入導(dǎo)電PEDOT的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)顯著提高了該致動(dòng)器的電磁屏蔽性能。并且，還發(fā)現(xiàn)該致動(dòng)器具備很強(qiáng)的自修復(fù)能力，延長(zhǎng)了其使用壽命和可靠性，利于其在防護(hù)設(shè)備供應(yīng)短缺的情況下的使用。綜上所述，這種PROTECT致動(dòng)器作為一種智能保護(hù)裝置，將多種保護(hù)功能與本研究中構(gòu)建的監(jiān)測(cè)/檢測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，有望在多種惡劣環(huán)境下提供多模式的健康和安全保障。

  該研究論文以“Self-healing LBL dual ambiences-driven molecular gating-based unidirectional actuators for multi-mode personal protection”為題于2022年在國(guó)際頂級(jí)期刊《Chemical Engineering Journal》上在線發(fā)表，東南大學(xué)博士生苑仁強(qiáng)為第一作者，葛麗芹教授和程強(qiáng)教授為該論文共同通訊作者。

  原文鏈接：R. Yuan, G. Lu, N.Yang, D. You, J. Wang, Q. Zhang, Q. Cheng, L. Ge. Self-healing LBL dual ambiences-driven molecular gating-based unidirectional actuators for multi-mode personal protection. Chemical Engineering Journal 2022, 434, 134212.doi: 10.1016/j.cej.2021.134212

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721057855