银纳米线/丝素蛋白复合导电薄膜制备、应用及其可植入性能研究

In recent years, there is a hotspot on the research of implantable and wearable devices. Substrates play a key role in the fabrication of optoelectronic devices. Glass, plastic, and textiles are usually chosen as substrates. Silk fibroin (SF) is a natural macromolecular fibrous protein with excellent mechanical and optical properties, as well as biocompatibility, biodegradability and implantability. SF can be formed into flexible and transparent films (with over 90 % transmission within visible light range); the processes to form such films are simple and unique. Currently, SF-based transparent conducting electrodes have not been heavily explored in research, and there is a lack of literature on this topic.. Therefore, this study propose a concept of preparing composite films of silk fibroin and silver nanowires with highly flexiblility, excellent light transmittance ,good conductivity and implantability. Quantitative silk fibroin solution was placed in a silicon wafer after silver nanowires painted onto the silicon wafer by spinning was annealed and ion sputtered. After physical evaporation, the obtained electroconductive film could be used for the device performance evaluation of the organic solar cells, LED, OLED or the like. Preliminary evaluate the conductivity of the film, the optoelectronics performance of the device, and the cytotoxicity and the inflammatory response of the film and the device, so to lay a foundation for the research of the SF-based photoelectric materials and implantable material.

近年来，可植入、可穿戴器件的研究一直的热点与趋势。基底材料作为光电器件的基础，在研究中中起着重要的作用。玻璃、塑料薄膜、纺织品都可以被作为器件的基底。丝素是一种天然高分子材料，其独特的生物相容性、极好的透光性、可植入性。丝素材料可以制备出可见光范围透光率超过90%的柔性薄膜。当前，基于丝素为基底的电极材料少有报道，缺乏研究。. 因此，本课题提出使用丝素复合导电材料制作柔性、高透光、可植入的导电薄膜的构想。使用银纳米线旋涂在硅片上，退火、离子溅射后，定量丝素溶液置于硅片上，物理水分蒸发后得到导电薄膜，使用该薄膜可以制作有机太阳能电池、LED、OLED等器件并评价器件性能，然后用于初步评价薄膜与器件植入生物体后的细胞毒性、炎症反应、薄膜的导电性能、器件的各种光学、电学性能等，为丝素基底光电材料以及可植入材料研究打下基础。

生物医疗、光电能源、可植入、可穿戴器件等已成为时下最热门的研究趋势，柔性荧光薄膜在太阳能电池、显示器、LED、可植入设备中有着广泛的研究和应用，导电基底材料作为这些器件的基础，在研究中起着重要的作用。基于丝素基底的电极与荧光材料少有报道，缺乏广泛研究。. 本项目研究了丝素基柔性透明导电荧光复合薄膜的制备方法与粘结机理。主要制备了纳米金/丝素复合薄膜、石墨烯/丝素复合薄膜、银纳米线/丝素复合薄膜（AgNWs-SF）等三种丝素复合导电薄膜，测试了柔性导电薄膜的透光性与导电性。其中AgNWs-SF透光率优于80%（可见光范围内），方块电阻优于16 Ω/sq，热分解温度为270 °C，断裂应力为70-80 MPa，断裂伸长为3~4%，弯曲百余次后，弯曲刚度下降31%，方块电阻并没有明显的损失。 . 将丝素蛋白作为柔性基底材料与UCNPs（ NaYF4:Yb,Er）复合制备了上转换荧光复合薄膜。同时针对UCNPs荧光效率低的缺陷，基于等离子体增强上转换发光的原理，利用Au纳米颗粒和银纳米线（AgNWs）的表面等离子体共振（SPR）效应制备了两种荧光增强的复合薄膜。. 使用AgNWs-SF成功制备了一系列应用器件：制备了LED光带，说明其导电效果良好，可以作为连接导电应用的媒介，可作为将来可穿戴设备、植入材料的导电材料；与真丝织物制备成为导电复合织物，使真丝织物在具有高透光率的同时保证了导电性，也增加了薄膜的强力。这使得传统真丝纺织品可以方便地制备成触摸屏、可穿戴导电织物电子材料；利用其作为染料敏化太阳能电池（DSSCs）的对电极，测试光电效率为0.2%。由于其不耐电解质，以及体系不兼容等问题，并没有发挥AgNWs-SF最大优势；利用AgNWs-SF制备了有机太阳能电池（OPV），最终得到了6.4%的光电转换效率，较接近在ITO玻璃上的8.2%。