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  神經元在生物體內傳輸信號，并啟發(fā)了用于柔性電子、智能設備和神經態(tài)計算機等領域的人工神經材料及器件的開發(fā)。神經元纖維表現出優(yōu)異的機械魯棒性，并粘附在組織和器官上，以在運動過程中維持其完整的形狀和主要功能，這一點在人工神經元材料制備方面很少有考慮。蜘蛛的粘附絲表現出高強度和高韌性，以及用于捕捉獵物的高粘附性。這為設計具有良好粘附性和機械魯棒性的人工神經纖維材料提供了新的思路。通過模仿蜘蛛絲的分子結構和紡絲過程，人們已經開發(fā)出了各種力學性能優(yōu)異的水凝膠纖維。如果引入粘附性和離子導電性于其中，則具有優(yōu)異粘附性、機械魯棒性和信號傳輸的人工神經纖維材料的開發(fā)將成為可能。然而主要挑戰(zhàn)在于如何在連續(xù)紡絲的基礎上調節(jié)人工纖維分子間的相互作用和分級結構，從而實現力學性能和電學性能的良好結合。

圖1 PrDA人造蛛絲的仿生原理

  文章中將相同摩爾量的質子供體單體和質子受體單體通過自由基聚合制備了一系列不同質子供體-受體序列的PrDA水凝膠。類似于兩性離子生物分子，如氨基酸和蛋白質，質子可以從質子供體的酸性基團轉移到質子受體的堿性基團，從而生成陰離子和陽離子基團，再通過分子鏈之間的靜電相互作用物理交聯(lián)而成膠（圖2ab）。通過仿生蜘蛛的紡絲過程，將PrDA水凝膠牽引紡絲制備PrDA纖維。

圖2 PrDA人造蛛絲的制備以及紡絲性能和力學性能

圖 3 PrDA人造蛛絲的粘附性能

圖 4 PrDA人造蛛絲的離子導電性能以及生物電極應用

圖5 基于PrDA人造蛛絲的人工突觸器件

  綜上所述，該文章受神經元和蜘蛛粘附絲的啟發(fā)，基于PrDA水凝膠纖維開發(fā)了一種用于生物電信號傳輸的可紡粘性導電人造蛛絲材料。PrDA人造蛛絲的兩性離子聚合物鏈間的靜電相互作用保證了優(yōu)異的牽引紡絲能力、力學性能和對不同類型表面的粘附性能。同時，PrDA人造蛛絲顯示出良好的離子導電性，是捕捉人體生物電信號并傳輸到檢測儀器的理想界面材料。此外，人工突觸晶體管的構建實現了擬神經信號的可控調控。因此，該研究將為人工神經材料和設備的設計提供新的思路，可應用于生物電極、腦機接口、可穿戴電子設備和神經態(tài)計算機等領域。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202300876

劉遵峰教授課題組招聘信息

招生及招聘內容：

推免生、碩士、博士、博士后、特聘副研究員等

學科方向：

材料學，化學，生物學、紡織與纖維、金屬、計算模擬、電子信息等學科

實驗室研究方向:

1.高強韌纖維、智能材料

2.人工肌肉、傳感器

3.納米材料、柔性固態(tài)制冷等

課題組網址：https://liuzunfeng.nankai.edu.cn

招聘要求：

1.博士招收采取推免制，具有獨立的科研能力，英語水平良好（6級或其它相當水平），具有發(fā)表英文學術論文經驗；性格開朗，有良好的團隊合作和對外溝通能力；

2. 能夠協(xié)助合作導師管理和完成科研項目并協(xié)助指導研究生。

3. 要求應聘人員工作認真負責，踏實肯干，具團隊精神。

應聘方式：

（一）請應聘者將簡歷及相關證明材料（ 文章、成果情況等 ）通過郵件，以“應聘崗位＋姓名”為主題發(fā)送至以下郵箱：liuzunfeng@nankai.edu.cn

（二）將以郵件或電話的方式通知通過初選的應聘者，前來參加本單位組織的筆試或面試。

劉遵峰教授簡介

劉遵峰，南開大學教授，國家杰出青年基金獲得者。

研究方向為柔性智能高分子纖維材料，包括高強韌人造蜘蛛絲、人工肌肉、柔性電子、柔性制冷等。在 Science , Nat. Commun., Adv. Mater.等國際學術 SCI 期刊上發(fā)表研究論文 100 余篇。其中2015年關于可拉伸導體的研究工作被美國《Discover Magazine》評選為2015年度全球TOP100重大科學發(fā)現；2019年關于“扭熱制冷”的工作發(fā)展了逆轉制冷新方法，大幅提高了制冷效率；研發(fā)的水凝膠纖維人造蜘蛛絲強度與韌性性能接近天然蜘蛛絲；基于多種纖維材料等發(fā)展了多種智能織物。發(fā)展了基于零泊松比褶皺結構的彈性導體，構建了多層次協(xié)同作用的模擬神經傳導、應變傳感、驅動為一體的人工肌肉纖維。  多篇關于柔性健康監(jiān)測的文章被選為封面文章，受邀撰寫多篇綜述，授權中國專利8余項，在多個國內外學術會議做邀請報告40余次。

五篇代表性論文：

1. Run Wang#, Shaoli Fang#, Zunfeng Liu*, Ray H. Baughman* et al. Torsional refrigeration by twisted, coiled, and supercoiled fibers, Science 2019, 366(6462): 216-221.  

2. Zunfeng Liu, Shaoli Fang*, Ray H. Baughman* et al. Hierarchically Buckled Fibers for Superelastic Electronics, Sensors, and Muscles, Science 2015, 349(6246): 400-404.

3. Xueqi Leng, Guangkai Mei, Guanghao Zhang, Zunfeng Liu* and Xiang Zhou*. Tethering of twisted-fiber artificial muscles, Chem. Soc. Rev. 2023, 52: 2377-2390.  

4. Yuanyuan Dou, Zhen-Pei Wang, Wenqian He, Tianjiao Jia, Zhuangjian Liu, Pingchuan Sun, Kai Wen, Enlai Gao, Xiang Zhou, Xiaoyu Hu, Jingjing Li, Shaoli Fang, Dong Qian, Zunfeng Liu*, Artificial Spider Silk from Ion-Doped and Twisted Core-Sheath Hydrogel Fibres, Nat. Commun. 2019, 10, 5293.  

5. Kaiqing Yu, Xiaozhou Ji, Tianyu Yuan, Yao Cheng, Jingjing Li, Xiaoyu Hu, Zunfeng Liu*, Xiang Zhou*, Lei Fang* Robust Jumping Actuator with a Shrimp-Shell Architecture, Adv. Mater. 2021, 2104558.