被誉为人工肌肉的介电弹性体致动器(DEA)，具有驱动应变大、能量密度高、响应速度快等特点，在软体机器人和智慧医疗等领域受到广泛关注。然而，构筑DEA的介电弹性体薄膜和柔顺电极容易遭受到外界机械损伤和电损伤，严重缩短其使用寿命。此外，DEA所需高达千伏的驱动电压对人体和设备均存在危险因素。制备一种安全稳定的整体自修复DEA，即介电弹性体薄膜和柔顺电极均具有自修复功能，是推动其实际替代天然肌肉的关键。

  北京化工大学杨丹教授团队首先将可逆亚胺键和二硫键引入聚二甲基硅氧烷分子链中，制备出自修复介电弹性体(SDE)。然后，通过π-π相互作用将少量芘甲醛修饰的碳纳米管原位分散到SDE基体中，制备出自修复柔顺电极(SCE)。将SCE覆盖在SDE两侧，并放置于60 ^oC烘箱中，SDE分子链有效扩散在介电膜和柔顺电极之间的界面处，构筑出具有强界面结合力的ISDEA(图1、图2、图3)。在直流电源驱动下，ISDEA的电驱动应变达到18.13%。当遭受机械损伤和电损伤后，其驱动应变仍然可以恢复至这一数值的90%以上(图4)。为了提高ISDEA使用的安全性，采用摩擦纳米发电机作为电源直接驱动ISDEA，构筑出自供电ISDEA体系(TENG-ISDEA)。当遭受机械损伤后，TENG-ISDEA在 25.25 kV/mm下的驱动应变仍可达到16.99%。更为重要的是，TENG的低输出电流对于人体足够安全，并且保证ISDEA免受电损伤。

  进一步，将TENG-ISDEA与弹簧进行集成，构筑出自供电手指康复训练仪(图5)，其能实现了6.1°的弯曲角度。值得一提的是，SDE与SCE间的强界面结合力(4.12 N)使得手指康复训练器在4000次循环驱动过程中仍然能保持稳定的驱动应变，确保了脊髓性肌萎缩症(SMA)患者的长期安全治疗。此外，ISDEA可以用作实时监测SMA患者肌肉康复状态的柔性电容传感器(图6)。并且，基于多个ISDEA电容传感器的阵列式智能软键盘，可以供患者向医生实时发送需求或情绪，例如“HELP”和“PAIN”等。具有强界面结合力的ISDEA能够在无需拆卸或更换配置等条件下，高效修复损伤区域并恢复功能，展示了其替代天然肌肉的巨大潜力，并在SMA患者的康复训练和预防治疗领域具有广阔应用前景。

图1.基于TENG-ISDEA自供电手指康复训练仪和柔性电容传感器的医疗辅助系统。

图2. SDE的制备与性能表征。

图3. SCE的制备与性能表征。

图4. ISDEA的驱动性能表征。

图5. 自供电手指康复训练仪及训练警报系统的性能表征。

图6. 基于ISDEA柔性电容传感器的构筑及应用。

  相关工作以“Self-powered and integral self-healing dielectric elastomer actuator with a robust interface”为题发表在Nano Energy (10.1016/j.nanoen.2025.110974)上。论文第一作者为北京化工大学材料科学与工程学院硕士研究生岳尚志，通讯作者为北京化工大学杨丹教授、于中振教授及北京纳米能源与系统研究所的王中林院士。该论文得到了国家自然科学基金的资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110974