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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，個人防護裝備（personal protective equipment, PPE）對于人體免受傷害至關重要。而傳統(tǒng)的防護用具僅能提供有限的防御。盡管目前出現(xiàn)了各種用于人體運動監(jiān)測、室外熱管理和疾病診斷的功能化設備，但PPE的功能集成和工程化缺乏系統(tǒng)性，整個制備過程繁瑣、耗時長。因此，迫切需要研發(fā)一種兼具更實用的性能和更簡單的常規(guī)定制的綜合性PPE，但仍然存在挑戰(zhàn)。

  為了實現(xiàn)經(jīng)濟有效的智能多功能防護設備的可編輯和工程化研究，近日，東南大學生物科學與醫(yī)學工程學院葛麗芹教授課題組和信息科學與工程學院程強教授合作，設計了一種熱/濕度驅動的多模式個人保護裝備，該裝置具有智能監(jiān)測和防護功能，以及皮膚表面濕度和熱量的調節(jié)功能。在此，該研究通過層層自組裝技術（LBL assembly technology）將舒適度調節(jié)（Pleasurable self-regulation）、呼吸檢測（Respiratory detection）、拒油式抗細菌粘附性（Oil repellent for anti-bacterial-adhesion）、透明化視覺監(jiān)控有害揮發(fā)性有機化合物（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器（PROTECT致動器）中，便于多模式的個人防護。經(jīng)實驗證明，PROTECT致動器可保護用戶免受外界環(huán)境的傷害以及對有害揮發(fā)性有機化合物（VOCs）的早期預警。這種防護型致動器的設計為新型自定義和易于獲得的防護設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)和全方位防護裝置的智能PPE研發(fā)。

圖1 PROTEC單向彎曲致動器及其多模式的個人防護功能概要

  在這項工作中，研究人員將聚多巴胺納米顆粒（PNP）交替沉積在致動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）后可實現(xiàn)快速的溫度響應，協(xié)同實現(xiàn)持久的濕熱管理，并為長期使用的人員提供良好的環(huán)境舒適度。然后通過LBL自組裝聚乙撐二氧噻吩（PEDOT）以實現(xiàn)濕度響應的致動器電阻信號變化，將智能呼吸檢測系統(tǒng)嵌入致動器中。此外，由于PROTECT致動器的高度親水性，通過抗油污和細菌附著來防止了病原體的侵害，其中對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制率均達到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，能夠通過視覺觀察PROTECT致動器的透明度變化來實時監(jiān)測有害VOCs，非常方便和高效。另外，為了保護防護設備或工作人員免受電磁輻射干擾，這種嵌入導電PEDOT的多層網(wǎng)絡結構顯著提高了該致動器的電磁屏蔽性能。并且，還發(fā)現(xiàn)該致動器具備很強的自修復能力，延長了其使用壽命和可靠性，利于其在防護設備供應短缺的情況下的使用。綜上所述，這種PROTECT致動器作為一種智能保護裝置，將多種保護功能與本研究中構建的監(jiān)測/檢測系統(tǒng)相結合，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年在國際頂級期刊《Chemical Engineering Journal》上在線發(fā)表，東南大學博士生苑仁強為第一作者，葛麗芹教授和程強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