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线下科研项目 | 电极材料制备
化学材料 | 蚕丝纤维 | 表皮电极
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电极材料制备

化学材料 | 蚕丝纤维 | 表皮电极

【课题简介】

大多数人体运动是由被称为电生理(EP)信号的低级电势驱动的,包括心电图(ECG)、眼电图(EOG),肌电图 EMG),和脑电图(EEG)。

电极是实现 EP 信号捕获和分析的基本组件。然而,传统的Ag/AgCl电极有大量的限制。例如,Ag/AgCl电极中用于减少接触阻抗的凝胶在长期测量后可能会导致皮肤刺激。此外,Ag/AgCl电极的刚性由于与皮肤可能在运动中失去接触导致信号丧失。

随着柔性电子产品的兴起,表皮电极在过去几年中受到了极大的关注。通过持续优化,表皮电极成为Ag/AgCl电极有潜力的替代品。具体来说,表皮电极可达到超过400%的优异的可拉伸性,足以确保在人类运动过程中进行高保真测量。凭借与皮肤相近的模量和超薄的厚度,表皮电极能够提供与皮肤顺应和舒适的接触,减少接触阻抗,增强信号噪声比(SNR),提高可穿戴舒适性并降低皮肤刺激的风险。通过与电源和无线通信模块集成形成独立的系统,新兴的表皮电极在可穿戴应用中表现出显著的功能,例如个性化医疗保健和人机互动等。但是与作为营养物质和体液运输工具的天然皮肤相比,大多数聚合物基质的电极既不具有生物相容性,也不具有空气/水渗透性,这表明将其连续粘贴在皮肤上时会损害皮肤。因此,迫切需要开发具有较高的生物相容性,以及具有优秀的空气/水渗透性的电极材料(图1)。

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图1. 表皮电极理想特性示意图

近年来,由于具有优越的生物相容性性和相对较低的成本,丝素蛋白(Silk fibroin)已成为未来灵活电极基材最有希望的候选者之一。

蚕丝由两根平行的丝素蛋白纤维组成,丝素蛋白纤维的横截面为三角形,表面附着一层丝胶蛋白,丝素蛋白纤维质量占蚕丝的70-80 wt%。通常,在碱性溶液中使用脱胶工艺从蚕丝中除去丝胶,以提高蚕丝的生物相容性。丝素蛋白纤维由成束的直径为30-35 nm的互锁纳米纤维束组成,表现出微米级和纳米级的层级结构(图2)。此外,SF薄膜(在湿态)的出色空气渗透性,甚至可与自然人类皮肤相媲美,也触发了它们在表皮电极中的应用潜力(图3)。

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图2. 蚕丝纤维的层级结构

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图3. 基于丝素蛋白的电子设备示意图

实验方案:

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能够学习到的实验技能及操作的实验装置:掌握和提升常见的化学材料类实验操作技能,了解电化学工作站、万能电子试验机、静电纺丝机、原子力显微镜、扫描电子显微镜等各种精密仪器使用知识。

实验室简介:本课题组隶属于林木生物质化学北京市重点实验室和林业生物质材料与能源教育部工程研究中心,在纤维素材料制备、结构表征等方面具备良好的硬件条件,配有万能电子试验机、流变仪、共聚焦拉曼光谱仪、高压均质机、TGA/DSC、AFM、XRD、FT-IR、UV-Vis、GC-MS、HPLC和NMR等分析设备,能够为学员提供良好的实验条件和实验指导。

【项目介绍】

本项目采取5-10人小班授课教学形式,由国内外名校教授+硕博助教双师辅导、班主任全程督学,保证课题项目有规划、有纪律、有成效地完成。

项目包含课题相关知识学习、实验教学与操作、实验阶段性汇报、论文写作辅导、论文修改指导、模拟答辩等环节,通过理论知识+实验操作相结合、导师指导+助教辅导+班主任督学相配合,在研究探索中把学科领域知识融会贯通,把论文写作与发表技巧理解吸收,全面提升科研背景实力。

开班时间:满5人即可开班,开班时间待定。


【项目收获】

  • EI/CPCI国际会议论文发表(共同作者)

  • 教授亲自撰写的推荐信

  • 导师签名的项目结业证书

  • 获得学科领域的前沿知识、科研项目的实践经验、科研论文的写作技巧

  • 接受全面的科研训练,提高学术综合能力,提升科研背景实力


【项目亮点】

  • 三师优质辅导:名校教授+硕博助教+班主任,共同辅导教学,提供优质教学服务体验。

  • 小班授课教学:5-10人小班授课,班级互助互勉,保证教学到位、学有所成。

  • 课程精心打磨:9周授课&研讨+3周论文撰写+40节论文基础课,内容精心打磨,严格把控质量。

  • 授课形式丰富:课前预习+直播上课+录播复习+在线答疑+作业巩固+导师点评,采用视频授课,导师助教在线答疑交流,及时解决课程问题。

  • 1V1论文指导:提供1V1论文指导写作与修改,助力论文高效发表。

  • 全程督学打卡:教授全程指导项目开展;助教在线答疑解惑;班主任全程监督学习打卡。

  • 收获高含金量:推荐信+学术证明+论文+科研实战经验,助力申请名校offer。


【导师介绍】

Dr. Yang 

北京林业大学教授、博士生导师

  • 目前主要从事纳米纤维素等天然高分子软物质材料方面的基础研究。

  • 主持国家自然科学基金项目两项,参与十三五国家重点研发计划等十余项课题。

  • 在Macromolecules、ACS Macro Letters、Biomacromolecules和Soft Matter等高分子材料主流刊物上z表论文40余篇,获授权国家发明专利4项。


【课程安排】

  • 12周三师在线科研辅导:国内外名校教授+硕博助教共同辅导、班主任全程督学,包含9周在线授课+3周论文辅导。

  • 40节论文基础课永久学习:论文写作与发表系列精品课程视频永久回放,随时随地随心学。

课程大纲图片.png

【适合人群】

  • 适用意向学习化学材料方向,数学、化学、物理、生物、材料在读高中生/本科生/硕士研究生/博士研究生等;

  • 计划留学/升学,计划申请海内外名校,需要提升申请竞争力的学生;

  • 希望提前了解意向专业,增加自身科研项目课题研究经历的学生;

  • 需要具备的理论基础:化学知识(有相关理论基础更佳)。

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