近年来，可穿戴设备可谓过足了风头，市场增长迅速，发展势头很猛。你可能认为可穿戴设备将成为科技发展方向的下一个重要转折点。但是可穿戴设备的热度现在如日中天，但其实它们依然只是一种过渡技术，科技的下一个前沿将从我们体外转移至体内。比如现在比较成熟的植入式医疗设备，如心脏起搏器、植入式生物传感器和神经刺激器，在生物医学应用中显示出极大的用处。通过皮肤为这些植入的电子设备持续供电和操作的能力是特别重要和具有重大挑战性的。然而，在使用现有的传统电池和通信器时，经常会遇到供电稳定长效，异体移植排斥等问题都需要去解决。 最近，新加坡国立大学刘向阳和厦门大学郭文熹合作在《ACS Nano》上以“Subcutaneous Energy/Signal Transmission Based on Silk Fibroin Up-Conversion Photonic Amplification”为题发表了最新的研究成果。在本研究中，作者报道了将丝素蛋白(SF)结合光子上转换放大器(SFUCPAs)集成到光电器件中，为近红外激光皮下充电和通信提供了一种实用的方法。并且SFUCPAs的荧光比对照高出4倍，与对照相比，单个纤维染料敏化太阳能电池的皮下近红外能量转换效率提高了47.3倍。由于具有灵活，生物相容性，低成本效益的设计和近红外驱动的光电性能，SFUCPA有望用于皮下医疗电子设备的应用。[SFUCPA的工作原理和制造]可植入医疗设备可用于人体各个部分，以替换损伤的生物结构，治疗慢性医疗状况，跟踪人类健康数据，从而改善患者的生活质量。由于皮肤的阻挡作用，看见光不能透过，在驱动设备添加了SFUCPA之后，可将透射的近红外辐照度转换为增强的可见光，以便在动物皮肤下对设备充电。特别的，在800-1100 nm波长的近红外光可以很容易地穿透动物皮肤（图1）。通过合成方法，合成典型的二氧化硅涂覆的上转换纳米粒子（UCNP），平均大小为52.2±4.2 nm，二氧化硅壳的平均厚度为8.7±1.5 nm。接着UCNPs的二氧化硅涂层在介观尺度上与SF产生氢键相互作用，使得SF薄膜中的UCNP均匀掺杂，此方法避免了UCNP的聚集引起的猝灭（ACQ）行为。介观掺杂法可以获得更均匀的丝素蛋白薄膜。同时，也可以通过调节速率v来调整丝膜中介观有序光子晶体（PC）结构的层数（图2）。图1 SFUCPA的工作原理图2 SFUCPA的制造[SFUCPA的应用]如图3所示，应用了丝素蛋白结合光子上转换放大器的设备，以提高通过猪肉皮的纤维染料敏化太阳能电池（FDSC）的近红外能量转换效率（ECE）。由于具有可弯曲的形状，FDSC是柔性光伏器件的不错选择，柔性光伏器件还可以在更大的入射角范围内更高效地工作。该装置的近红外充电过程中给出图3 B所示.在980nm的激光器之间和掺杂SFUCPA的薄膜放置一个肉皮（厚度大约0.45mm）将透射的近红外辐照度转换为增强的可见光，其稍后被FDSCs吸收以产生电力。并且想进一步提高NIR充电电压，可以考虑增加串联的FDSC的数量。SFUCPA也可以用于在动物皮下传递信息。如在所示图4 A，柔性混合装置的反应表明，它们是良好候选的近红外光电开关，当低电导率时状态为“OFF”和当高电导率时状态为“ON ”。图4 B说明了在不同时间间隔下低电导率状态和高电导率状态之间的可逆切换。在3 s的ON / OFF开关过程中，上升和下降时间分别约为1.06和1.63 s，证明此开关能够快速，稳定而连续的响应。当近红外激光产生带有特殊消息的摩尔斯电码时，通过代码翻译器解密后，将实时记录的相应电信号用于皮下信息传递，即，“XMU100”（厦门大学诞辰100周年的特别祝贺）（图4d）。图3 SFUCPA用于植入设备的充电图4 SFUCPA用于信息传递总而言之作者证明了丝素蛋白(SF)结合光子上转换放大器(SFUCPAs)集成到光电器件中，促进了通过动物皮肤的无线能量/信号传输。并且具有各种优良性能，其中包括：1.通过重构介观有序结构，SFUCPA的上转换材料荧光比对照（无PC结构）高4倍。2.SFUCPA被用作皮下近红外充电源的关键组件，该源在近红外辐照下具有显着改善的功率（与对照相比提高了47.3倍），并为低功率电子设备提供了更高的开路电压（1.5 V）。3.SFUCPA组合成近红外驱动的光开关，可提供稳定且可逆的实时响应。最后，作者认为介观功能化的丝素蛋白材料在可植入光电设备中的具有前景，并且可以推动近红外驱动植入式医疗设备的发展。全文链接： Hu F, Li W, Zou M, Li Y, Chen F, Lin N, et al. Subcutaneous Energy/Signal Transmission Based on Silk Fibroin Up-Conversion Photonic Amplification. ACS Nano 2020.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c09575