2021年诺贝尔奖最近陆续揭晓了，其中诺贝尔医学奖颁给了美国科学家David J. Julius和Ardem Patapoutian，以表彰他们在痛觉和触觉研究方面所作出的贡献。人类自诞生以来，一直对自身如何感知世界而感到好奇，但是一直不清楚神经系统是如何感知环境的。Julius利用辣椒素，发现了细胞中存在一种离子通道蛋白TRPV1，在疼痛和热的感知中起着核心作用。而另一位诺贝尔奖获得者Patapoutian则揭示了触觉的奥秘。Patapoutian与课题组合作者从小鼠细胞入手，经过长期的努力，最终在哺乳动物的细胞上发现了Piezo 1和Piezo 2这两种用于感应压力的通道蛋白。在一般状态下，Piezo 2蛋白呈闭合状态，细胞膜内外电位保持平衡。在按压状态下，由于细胞膜的张力，蛋白通道被打开，细胞外阳离子被挤入细胞内，破坏了离子平衡，使得穿过膜的离子电流发生了变化，产生了电信号。神经元将该电信号传递至中枢神经系统，在大脑中产生信息。
离子皮肤
图1 Piezo 2 蛋白的工作原理和离子皮肤I-Skin-i的工作机制
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图2 离子型聚氨酯i-PU的自愈合性能
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图3 离子皮肤I-Skin-i的实际应用 受到Piezo 2蛋白的启发, 中国科学院宁波材料技术与工程研究所生物基高分子材料团队将离子液体（IL）与含有离子键的离子型聚氨酯（i-PU）混合，制备了一种以离子为传输介质的新型离子皮肤I-Skin-i。在此，i-PU被用来模仿通道蛋白Piezo 2，离子液体被用来模仿细胞内外的传输离子。按压前，由于离子间相互作用，i-PU能够通过离子键相互作用吸引住离子液体中的正负离子，类似于闭合状态的Piezo 2通道蛋白。在按压过程中，i-PU分子链之间的空间被压缩，与i-PU结合较弱的离子被挤压至表面，类似Piezo 2通道蛋白被打开并完成离子传输。正负离子的迁移形成双电层，产生了电容信号。此时，该离子皮肤如同细胞膜上的Piezo 2蛋白，能够完成“将机械信号转换成化学信号输出”这一过程。并且由于i-PU中含有离子键，因此以i-PU为基底制备的I-Skin-i具有自修复的功能。最后，就可将I-Skin-i贴在人体不同部位，感知从呼吸到跳跃的动作，在穿戴式健康监测设备方面展现了巨大的应用潜质。
该工作以“A self-healing and ionic liquid affiliative polyurethane toward a Piezo 2 protein inspired ionic skin”为题，发表在Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adfm.202106341。中科院宁波材料所陈超博士为第一作者，应邬彬副研究员、张若愚研究员和朱锦研究员为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金（51773218、52003278）、浙江省自然科学基金（LQ19E030005）、浙江省重点研发计划（2018C03G3220872）和中国科学院青年创新促进会（2018338）的资助。
文章来源：宁波材料所
朱 锦，博士，宁波材料所研究员，博士生导师，中科院“百人计划”终期优秀者，浙江省新世纪“151”人才计划重点资助获得者，2014年获全国优秀科技工作者，2013年浙江省“十佳优秀科技工作者”， 曾获宁波市优秀回国留学人员、有突出贡献专家和优秀科技工作者。现任中国科学院宁波工业技术研究院（筹）院长助理、材料技术所所长，中国塑料加工工业协会工程塑料专业委员会理事长，中国化学会高分子学科委员会委员，中国科学院宁波材料技术与工程研究所科学技术委员会副主任。1991年曲阜师大获学士学位，1994年中科院化学研究所获硕士学位。2001年于美国Marquette 大学获得博士学位，2001-2003年在美国Cornell 大学做博士后，其后曾任职于美国多家公司。2009年8月回国后成立生物基高分子材料研究团队。回国后开发的“大豆基无醛木材胶黏剂技术”实现技术转移，转移费1088万元，产品已应用到大自然地板（Nature APG活性大豆胶地板）、德尔地板（Der无醛添加地板）等国内知名地板上，引领国内人造板行业的“无醛化”趋势。开发的“耐热聚乳酸淀粉复合材料技术”，也实现转移，转移费1500万元，其产品已获得美国、欧洲等国家进行认证。已发表研究论文80 多篇, 已被他引超过2600多次，单篇最高引用570次。已获得授权中国专利26项，美国专利6项，共申请中国和美国专利共77项。
张若愚，博士，研究员。2008年在中科院化学所获博士学位，2009-2011年在美国加州理工学院进行博士后研究工作，2011年入职中科院宁波材料所。主要从事1. 功能型聚氨酯弹性体的合成和结构研究，推动聚氨酯弹性体在介入类医疗器械和柔性器件方面的应用；2.可降解呋喃二甲酸共聚酯的合成与结构研究，推动可降解共聚酯在包装等领域的应用。已在Macromolecules, Polymer, Journal of Materials Chemistry A, Green Chemistry, ACS Sustainable Chemistry and Engineering等SCI期刊上发表论文30多篇。获中国发明专利20余件。入选中科院青促会，宁波市领军拔尖人才第三层次。
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发表于 2021-10-20 09:08:33
