【摘 要】
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近年来,生物电子器件发展迅猛,特别是直接与人体接触的柔性电子皮肤,它在可穿戴电子设备和机器人等诸多领域都有着广阔的应用前景。但是,当前用于电子皮肤的大多数材料如聚碳酸酯（PC）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等不能兼具良好的生物相容性、生物降解性、透气性和柔韧性等性能,这导致了它们的应用受限。丝素蛋白凭借着出色的透气性、生物相容、易降解性和易于加工成各种形式的特性,成为这些合成材料的极佳替代品。但
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近年来,生物电子器件发展迅猛,特别是直接与人体接触的柔性电子皮肤,它在可穿戴电子设备和机器人等诸多领域都有着广阔的应用前景。但是,当前用于电子皮肤的大多数材料如聚碳酸酯（PC）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等不能兼具良好的生物相容性、生物降解性、透气性和柔韧性等性能,这导致了它们的应用受限。丝素蛋白凭借着出色的透气性、生物相容、易降解性和易于加工成各种形式的特性,成为这些合成材料的极佳替代品。但纯丝素蛋白膜易脆且具有较差的化学稳定性,因此有必要对丝素蛋白膜进行改性使其更柔韧且更耐用。此外,目前大多数用于柔性电子设备的制造技术难以直接应用于丝素蛋白基底,通常是通过转移印刷的方法,需先在其他衬底制备器件再将其转移至丝素蛋白基底,这极大地限制了它的应用。喷墨印刷作为一种无掩模、精准的微加工技术,打印的金属层厚度低因而兼具良好的柔性和导电性,是制备各种柔性电子器件图案化电极的较有前途的技术。本文以丝素蛋白为主要原料,再利用喷墨打印和电沉积技术制备电极,组装成兼具生物相容性、超柔韧、超灵敏的压力传感器。研究结果如下:（1）利用溶液共混法,将聚氨酯溶液加入到丝素蛋白溶液中,促进丝素蛋白结晶。丝素蛋白分子形成聚集体,均匀分散在聚氨酯的网络中形成新的交联点,从而构建新的交联网络,极大地提高了丝素蛋白复合膜的拉伸性（应变ε=255%）。形成的复合膜具有高度透明（＞90%）、耐热（160℃）、拉伸性强、更为柔韧的特性。（2）基于上述经改性的丝素蛋白复合膜,本工作引入喷墨印刷技术以丝素蛋白复合膜为基底,成功地制备了多种图案化的电极,并探究了不同喷墨打印的层数、热处理时间、热处理温度和热处理方式等对银电极形貌和电阻的影响。同时,由于喷墨打印的颗粒银电阻远高于块状银电阻（1.6μΩ/cm）,为了进一步提高喷墨印刷电极的稳定性和导电性,将金属镍沉积在喷墨印刷的银电极上,并讨论了不同电沉积电流密度、电沉积时间对镍电极的影响,最后获得电阻小于0.01Ω/cm的电极。（3）将打印有图案电极的丝素蛋白复合膜应用于电阻式压力传感器。研究表明,器件具有良好的响应速度（75 ms）,在0-16 kPa的压力范围内灵敏度为0.0169 kPa-1,在高于16kPa时灵敏度为0.0021 kPa-1,表现出良好的灵敏度。基于上述电极,构建了由20个电阻式压力传感器集成的手掌形的蛋白质基电子皮肤阵列。该电子皮肤可感知不同握球姿势下手掌不同部位的压力,实现了精准的压力分布感测,为丝素蛋白复合膜开发出一种可行的柔性制造技术,有利于推进蛋白质柔性电子器件的发展。
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