安徽理工大学张晓勇课题组 ACS AMI：PNIPAM基水凝胶的抗脱水和稳定的力学性能用于体温监测传感器

2024-11-05 来源：高分子科技

近年来，温度响应可穿戴技术因其便捷性和实用性而受到广泛关注。特别是在运动监测和健康管理领域，PNIPAM水凝胶因其显著的热响应特性，导致可穿戴传感器的需求不断增长。然而，一个亟待解决的问题是，如何设计PNIPAM基水凝胶以防止相变过程引起的脱水问题，以及由设备与人体皮肤之间不稳定的机械性能导致的粘合性能下降，从而避免界面失效。因此，如何构建一种能够抑制PNIPAM水凝胶脱水和体积变化的材料，以实现相变过程中稳定的机械性能、优异的粘合性和热传感灵敏度，成为当前研究的热点。

图1 NAGP-Gel水凝胶的制备方法和结构特点

近期，安徽理工大学材料科学与工程学院张晓勇课题组提出了一种新型的抗脱水和稳定的力学性能水凝胶（NAGP-Gel），用于制造可穿戴温度传感器。该水凝胶基于明胶网状支架来抑制脱水和体积变化，从而在相变过程中获得稳定的机械性能、优异的粘合性和热传感灵敏度。NAGP-Gel 增强了聚合物链与水的相互作用，削弱了聚合物链与链之间的聚集程度，提高了在高于最低临界溶解温度 (LCST，即~32℃) 的45℃条件下的抗脱水性能。网状支架极大地限制了相变引起的聚合物链运动并保持了机械性能。在60℃环境下，NAGP-Gel的最大失水率和体积保留率分别仅为3.58％和97.3％。此外，NAGP-Gel还可用作温度传感器，在LCST范围内产生稳定的热电信号。它还可以组装成电子设备，通过摩尔斯电码传输信息和识别手语。这项工作拓宽了PNIPAM在构建智能水凝胶中的应用，并为探索用于温度监测应用的新型水凝胶提供了有效思路。该工作以“Anti-dehydration and Stable Mechanical Properties during the Phase Transition of the PNIPAM-based Hydrogel for Body Temperature Monitoring Sensors”为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。该研究工作得到了安徽省高等学校科学研究重点项目、安徽理工大学青年基金项目、安徽理工大学医学专项H2项目、青年科技基金项目、安徽理工大学引进人才科研启动基金的支持。

图2 NAGP-Gel水凝胶的结构和抗脱水性能

图3 NAGP-Gel水凝胶的粘接性能

图4 NAGP-Gel水凝胶的机械性能

图5 NAGP-Gel水凝胶的传感性能和计数功能

该工作是张晓勇团队近期关于水凝胶机械性能调控和提高传感稳定性&功能性相关研究的最近进展之一。此外，水凝胶机械性能的原位可调和多场景粘接调控一直是该团队的重要方向研究之一。近几年，该团队目前已在Mater. Horiz. 2024. 11. 835-846, Chem. Eng. J. 2024, 495, 153385, Chem. Eng. J. 2023, 468, 143734, ACS Appl. Mater. & Inter. 2023, 15, 50400–50412, ACS Appl. Mater. & Inter. 2022, 14, 30256-30267, J. Colloid Interf. Sci. 2021, 585, 420-432.等期刊上发表了相关研究论文。接下来，团队将对水凝胶材料在柔性器件和智能功能实现上继续更深入的探索和研究，欢迎关注。

全文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c15748

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（责任编辑：xu）

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