东北大学田野团队 CEJ：用于智能可穿戴式人机交互的防冻水凝胶传感器

2024-01-30 来源：高分子科技

人机交互(HMI)与我们的日常生活密不可分，它促使人们追求更便捷、更智能的生活方式。传统的人机交互设备大多采用坚固耐用的材料制造，存在易碎、不能随意弯曲等缺点。具有良好机械性能、优异生物相容性和超高灵敏度的水凝胶已被用于人机交互系统，并受到研究人员的广泛关注。然而，由于水凝胶含水量高，在低温环境下会发生冷冻失活现象。因此，有必要开发新一代的防冻凝胶材料，使其能够抵御严酷的低温环境，并用于拓展可穿戴人机界面设备的实际应用。

近期，东北大学医学与生物信息工程学院田野团队系统性综述了防冻水凝胶在人机交互应用中的最新进展。首先，基于抑制冰结晶和抑制冰成核两大防冻机制，介绍并比较了几种代表性防冻水凝胶的形成机制，包括离子化合物、两性离子化合物、有机溶剂、构建疏水/亲水异质结构和生物大分子（即 AFPs、冰结构蛋白质）。然后，简单介绍了具有导电性、生物相容性、自愈性、粘附性和透明性等各种功能的防冻水凝胶。接下来，介绍了防冻水凝胶目前在人机交互领域的主要应用，包括医疗保健、触摸监测和智能控制。最后，深入讨论了该领域的现有挑战和未来前景。该综述为设计用于人机交互领域的防冻水凝胶提供了指导，促进具有交叉应用的新型集成先进材料的进一步发展。

图1. 基于离子化合物制备防冻水凝胶

图2. 基于两性离子或有机溶剂制备防冻水凝胶

图3. 基于生物大分子或构建异质结构制备防冻水凝胶

图4. 用于人机交互的防冻水凝胶的典型性质

图5. 防冻水凝胶用于医疗保健

图6. 防冻水凝胶用于触摸监测

图7. 防冻水凝胶用于智能控制

该研究工作以“Anti-freeze hydrogel-based sensors for intelligent wearable human-machine interaction”为题发表在国际知名学术期刊《Chemical Engineering Journal》（影响因子15.1，文章DOI: 10.1016/j.cej.2024.148526）。东北大学硕士研究生付志伟为论文第一作者，东北大学医学与生物信息工程学院田野副教授为论文通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148526

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（责任编辑：xu）

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