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对模拟生物皮肤的兴趣日益浓厚，极大地促进了高性能人造皮肤的诞生。变色龙皮肤可以通过操纵离子转导和光子纳米结构同时将环境信息主动转化为生物电和颜色变化信号。近日，科研人员受变色龙皮肤的启发，巧妙地构建了一种新颖的仿生变色光子离子皮肤（PI-skin），能够在应变下输出协同的电和光信号，具有强大的粘附性、稳定性和弹性。通过调整光子晶体的晶格间距，PI 皮肤表现出与电响应同步的敏感结构颜色变化（机械变色灵敏度：1.89 nm/%，Δλ > 150 nm）。值得注意的是，多两性离子网络提供了丰富的静电相互作用，使 PI 皮肤具有出色的附着力、环境耐受性和出色的机械稳定性（>10 000 次连续循环）。同时，离子液体（IL）的高负载量削弱了多两性离子分子链之间的静电相互作用，导致高弹性。最终将PI-skin应用于构建视觉交互的可穿戴设备，实现精确的人体运动监测、远程通信和压力分布的视觉定位。这项工作不仅为构建先进的仿生I-skins扩展了设计思路，而且为高级视觉交互设备和智能可穿戴电子设备提供了一个通用的光学平台。
图1 仿生变色PI皮肤的示意图。
图2 a) 仿生 PI 皮肤的制造过程示意图。b) PC 模板的 SEM 图像显示了 PS@SiO2 微球的高度有序排列。插图：PS@SiO2 微球的 TEM 图像；比例尺为 100 nm。c) PI 皮肤的横截面 SEM 图像。d) PI-皮肤的透射光谱和照片；比例尺为 1 厘米。e) 蛋白石模板和 PI 皮肤的反射光谱。f) 显示 PI 皮肤的拟议结构的卡通画。
图3 a) 具有不同交联剂含量的 PI-skin 的典型应力-应变曲线。b) 典型的应力-应变曲线，c) 杨氏模量和 d) 具有不同 IL 含量的 PI-skins 的典型循环拉伸应力-应变曲线。（红线表示测试仪器的检测限，下同） e) PI-skin-0.5-64在不同拉伸速度下的典型循环拉伸应力-应变曲线。f) PI-skin-0.5-64 10个循环的典型循环拉伸应力-应变曲线。g) 与各种基材的粘合行为。h) 室温下不同基材上的典型搭接剪切曲线（粘合面积 1 cm2）。i) PI-皮肤和基材之间可能的粘附机制。
图5 a) 不同菌株下 PI 皮肤的一系列照片。b) 各种应变下的反射光谱。c) 对应的 CIE 色度图。d）拉伸和释放过程中结构颜色可逆变化的机制说明。初始 10 次循环中反射峰位置 e) 和 f) 在 10000 次延伸到 80% 和弛豫到 0% 后的变化。g) 不同温度下最大反射波长与应变的关系。在拉伸和释放过程中，相对电阻和反射波长随 h) 应变和 i) 时间的可逆变化。j) 应变从0%到80%的光和电信号的灵敏度曲线。
图6 a) 示意图显示了 PI-skin 作为用于检测人体关节运动的可视化交互设备的应用。监测 b) 手腕、c) 肘部和 d) 手指的关节运动时的真实照片和相应的反射光谱。e-g）相对电阻变化的相应信号。h) 便携式电化学分析仪照片和无线通信系统示意图；比例尺为 2 厘米。i) 手指连续弯曲发出“小心”的信息。
相关论文以题为Biomimetic Chromotropic Photonic-Ionic Skin with Robust Resilience, Adhesion, and Stability发表在《Advanced Functional Materials》上。通讯作者是大连理工大学牛文斌教授。
参考文献：
doi.org/10.1002/adfm.202204467
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