博比奇客座教授利用蛋黄酱的物理原理开发电子皮肤

安妮·科林(右)与她的ESPCI博士后研究员米克尔·普鲁沃斯特在加州大学圣地亚哥分校的语言理解实验室合影。摄影:Lisa Petrillo

研究人员安妮·科林是加州大学圣地亚哥分校的玛格丽特·伯比奇客座教授，她认为开发更好的电子皮肤的道路完全是关于蛋黄酱的物理学。

这位来自法国École Supérieure de Physiques et de Chimie Industrielle (ESPCI)的教授在巴黎上学时就被鸡蛋和油之间神奇的“mayo”结合迷住了。毕竟，美黄酱是软物质科学的一种完美的可食用表达，科林将其应用于开发“电子皮肤”——这是一个热门的研究领域，用于追求更灵敏的人机界面义肢和防止糖尿病患者坏死和截瘫患者溃疡的压力传感器。

怀着对Jérémie Palacci(加州大学圣地亚哥分校物理系的助理教授)所称的“黏糊糊的东西的科学”的共同热情，他和科林正在致力于一个项目，将她的研究成果应用于可以愈合类似伤口的材料。帕拉奇的贡献源于他对看似原始的积木的能力的研究组织在复杂的模式和强健的机械．

电子皮肤的“软绵绵的科学”

软物质是凝聚态物理学的一个分支，它无处不在，人们每天都在牙膏、油漆、水泥，当然还有蛋黄酱中使用它。这是一个致力于研究固体和液体如何流动的领域，或者保持你的油漆漂亮光滑，或者让你的意式奶冻保持正确的质地。最近，它深入研究了多功能可穿戴传感器的开发。

科林已经将她的软物质科学运用到多项专利中，这些专利涉及到薄如纸的柔性设备，其灵敏度足以监测人体心率，以及最近在开发电子皮肤方面取得显著进展的研究。科林最近与来自法国国家科学研究中心的三位同事一起发表了一篇期刊文章，被誉为制造一种坚韧而敏感的柔性聚合物(一种由长而重复的分子链组成的材料)的重大进展，这种聚合物可以作为一种新型电子皮肤，比以前的皮肤灵敏得多。

A.电容式压力传感器的原理图。B.附在人手腕上的压力传感器。C.记录动脉腕部脉搏实时原位电容信号。所记录的波浪信号与典型的人体波形相对应。图表由ESPCI研究团队提供

科林和她的合著者在发表在《自然》杂志上的文章《柔性高灵敏度低压电容传感器的高分子泡沫》中指出:“我们材料的高压灵敏度可以为人造皮肤与人类皮肤竞争铺平道路。NPJ柔性电子公司．

Colin表示，科学和工程上的挑战一直是创造可扩展、高效和健壮的电子皮肤，这种皮肤灵活、敏感、易于生产，成本低，可以有效地进行电子监测。为了做到这一点，她和她的同事们在化学生物创新研究所(Chimie Biologie Innovation)在ESPCI使用他们所谓的“非常规复合材料电容传感器”，基于填充导电炭黑颗粒的复合泡沫材料。

这种“mayo”方法的关键是使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)多孔材料设计固体泡沫，增强对机械压力的响应能力。秘方成分是一种硅基有机聚合物，以其不寻常的流动特性而闻名。研究人员在这种材料上涂上炭黑导电粒子，就像半透明的白色硅树脂形状上的黑色圆点。根据Colin和同事的说法，在不依赖电子放大的情况下，产生的灵敏度至少比以前报道的值高70倍。

研究人员指出:“这些材料为电子皮肤的商业化应用铺平了道路。”

通过合作扩大影响

通过研究合作，蛋黄酱的物理学正在传播科林作为首届伯比奇客座教授的影响——由海辛-西蒙斯基金会支持的一项倡议，以加州大学圣地亚哥分校的开创性天体物理学家和名誉教授玛格丽特·伯比奇命名。这种跨学科奖学金是加州大学圣地亚哥分校卓越研究的核心，因为最具挑战性的研究问题的解决方案需要具有一系列学科技能的研究人员的集体才能。

科林最活跃的合作之一是与加州大学圣地亚哥分校语言学系助理教授伊娃·维滕伯格的合作社会科学部．他们正在一起探索如何将这种受蛋黄酱启发的柔性传感器应用到一支简单的笔上，这种笔可能会在认知心理学研究、教育和医学应用等领域发挥作用。本研究由Labex Pierre-Gilles de Gennes研究所(IPGG)资助。

(从左至右):语言学助理教授Eva Wittenberg;巴黎ESPCI的法国博士后Mickael Pruvost和Annie Colin检查了测试钢笔的数据。摄影:Lisa Petrillo

“有很多不同的潜在应用，”Wittenberg说，她目前正在她的实验室测试和基准测试这支笔语言理解实验室．“有康复的角度，但也有非常有趣的研究角度，包括在我的语言处理领域。”

和丹·格罗伯一起工作，他是帕拉奇学院的研究生Materiali Molli实验室，科林正在研究微观实体从内部注入的活动对非常弱的凝胶力学行为的影响。具体来说，研究人员正在寻找这种来自活性物质的额外能量是否能让弱凝胶更容易流动，从而使其在骨折后自我愈合成为可能，据推测，这种现象对组织伤口的恢复很重要。

帕拉奇说:“到目前为止，我发现我们合作的结果非常有希望，在科林教授离开我们加州阳光明媚的角落后，我们将继续我们的研究合作。”

科林表示同意，他现在在法国继续合作。“就圣地亚哥的研究而言，我度过了一段非常愉快和令人兴奋的时光，我希望继续与所有团队合作，”她说。

玛格丽特·伯比奇客座教授的目的是将杰出的女物理学家带到加州大学圣地亚哥分校进行短期的合作研究互动物理系还有整个大学。的物理科学部根据《美国新闻与世界报道》(U.S. News & World Report)的教育排名，物理学研究生课程在全美排名前20。