中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院（苏州纳米所）张珽团队的文章“Silk Fibroin-Regulated Nanochannels for Flexible Hydrovoltaic Ion Sensing”，成功发表于材料科学领域国际顶级期刊《Advanced Materials》（2024 年影响因子 27.4，中科院 1 区 TOP）。这一突破性研究中，云帆静电纺丝机（YFSP-T）作为核心制备设备，为高性能柔性水伏离子传感器的研发提供了关键技术支撑。

1研究背景

从环境监测到人体汗液电解质分析都迫切地需求高灵敏、宽检测范围的高性能离子传感器。针对传统固体接触离子选择性电极灵敏度受限（约0.0592 V/dec）的问题。

本研究提出了以静电纺丝尼龙纳米纤维膜为核心的水伏离子传感新策略。通过静电纺丝技术制备具有300纳米通道尺寸的尼龙膜，并结合丝素蛋白精准调控纤维膜通道尺寸以及表面化学特性，实现了纳米通道离子选择性增强与水伏电压响应提升。

该体系可实现高灵敏度（~ 1.37 V/dec）和宽响应范围（10-7 ~ 100 M）的柔性水伏离子传感，为下一代可穿戴汗液检测、神经电解质监测及脑机接口化学感知提供新方向。静电纺丝仪器在膜结构控制与纳米通道形成中起到关键作用

2期刊信息

期刊介绍：《Advanced Materials》是材料科学领域的国际顶级学术期刊，由Wiley出版社出版，以高影响因子和广泛的学术影响力著称。该期刊涵盖从基础研究到应用的全链条材料科学议题，涉及纳米材料、生物材料、能源材料等多个前沿领域。

期刊影响因子排名：《Advanced Materials》2024年影响因子为27.4。中科院分区：材料科学1区TOP。

论文原文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202310260

DOI: 10.1002/adma.202310260

3主要创新点

1.通过对尼龙-66静电纺丝纤维薄膜浸涂丝素蛋白水溶液（图1），利用丝素蛋白水溶液干燥过程中产生的收缩效应以及丝素蛋白涂层引起的纤维直径尺寸增加，实现对尼龙-66纳米纤维形成的通道的可控调节，其精度可以实现约25 nm（图2）。

图1 高灵敏柔性水伏离子传感器的组成，结构，以及制备方法

由于丝素蛋白中存在大量的酰胺和羧基官能团，尼龙-66纳米纤维可以与其形成大量氢键，实现异质界面的稳定性提升（图3）。同时，强极性的羧基官能团也有效地增加了水伏薄膜的表面电位（从-18 mV增加到-46 mV）。

图2 浸涂丝素蛋白不同次数（0,1,3,5次）的尼龙66纳米纤维膜电镜图

通过对丝素蛋白的浸涂量调控，获得纳米通道内溶液流速和离子选择性间的良好平衡，实现了可达4.82 V的开路电压。

图3 尼龙纳米纤维膜在丝素蛋白修饰后的界面稳定性以及内部氢键结构

2.该器件对于溶液中离子浓度展现了较高的灵敏度（灵敏度可至1.37 V dec-1），宽响应范围（10-7~100M）。基于优秀的离子传感性能，该水伏器件被成功应用于可穿戴汗液传感和环境痕量离子检测，充分证明了水伏新机制应用于高性能离子传感方面的可行性。

4作者介绍

本文第一作者：葛长磊（博士研究生），通讯作者：张珽 研究员

张珽为中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员，博士生导师，国家自然科学基金杰出青年基金获得者。

致力于纳米智能材料、柔性电子、仿生智能传感技术、脑机接口、可穿戴智能系统领域的研究，在此基础上探索其在医疗健康、人工智能、人机融合、能源与环境等相关战略领域的创新应用。成功研制了达到实用水平的多量程、高性能仿生柔性微纳传感器，在业界得到广泛应用。承担了国家自然科学基金重大研究计划、科技部重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项（A类）、中国科学院装备研制重点项目及企业横向项目等30余项科研项目。

5 文中所用的设备

文中所用设备为云帆YFSP-T型静电纺丝机