凝胶因其独特的软而韧的力学性能，在医疗、海洋、人机交互等诸多领域展现出了重要的应用价值。传统水凝胶具有很高的生物安全性，但是在实际应用中面临着环境不稳定性的难题。为解决这一问题，部分研究开始聚焦于离子凝胶。但遗憾的是，以离子液体为基础的离子凝胶在生物安全性和耐低温性能方面存在显著局限，且其成本相对较高。在此背景下，极性有机凝胶逐渐受到关注，尤其是乙二醇凝胶。但乙二醇的凝固点仅为-13℃，且其毒性（LD50）水平甚至高于甲醇，显然并非一种安全的有机溶剂，不适合作为凝胶溶剂。相比之下，丙三醇（甘油）具有较好的生物安全性，通常被认为无毒，但其凝固点却高于水的冰点，限制了其应用范围。

  近期，中国人民大学在《Small》期刊上发表的研究成果，通过对极性有机溶剂进行系统性统计分析后指出，1,2 - 丙二醇是目前有机凝胶中最具潜力的溶剂候选者。1,2 - 丙二醇的凝固点与 DMF（-61℃）相近，同时其毒性比甘油更低，可通过转化为乳酸进行生物降解，成本远低于离子液体。事实上，丙二醇在食品添加剂、药物领域长期应用，其安全性已获得众多权威机构的认可。然而，目前针对丙二醇相关凝胶的开发工作仍相对较少，这一领域亟待进一步探索与拓展。

  本研究开发了一种基于丙二醇的超分子有机凝胶(PGOG)，将环境稳定且生物相容的绿色溶剂丙二醇(PG)与动态可降解、可重复利用的聚电解质网络巧妙结合。PGOG展现出非凡的拉伸性(最大应变超10400%)、强附着力、良好生物相容性和环境稳定性。其超分子交联特性赋予了PGOG动态可逆性，使其能够在水中溶解回收。借助这一特性，将PGOG配制成喷雾溶液，可用于离子皮肤的个性化原位定制。此外，PGOG对温度、湿度和应变均表现出优异稳定的电响应，在机器学习辅助下，能够实现多种信号同时刺激下的复杂信号解耦的智能传感功能。

  相关研究成果以 “Sprayable Ionic Tattoo Exploiting Biocompatible and Recyclable Organogel for AI‐Assisted Multi-signal Sensing” 为题发表于《Small》上。DOI：10.1002/smll.202501621。本文的第一作者为朱靖豪，安尧为共同第一作者，人大贺泳霖老师为通讯作者，王亚培老师为共同作者。

图1 PGOG的制备与分析

  如图1所示，PGOG采用一锅法制备而成。以丙二醇为溶剂，通过丙烯酸（AA）和2-氨基乙基甲基丙烯酸酯盐酸盐 （AMA） 的共聚制备超分子有机凝胶 （PGOG），无需添加化学交联剂，聚电解质赋予凝胶离子导电能力。值得注意的是，丙二醇的凝固点为 -60°C，沸点接近 200°C，其粘度和毒性均低于甘油，因此成为制备安全稳定的凝胶材料的可靠溶剂选择。

图2 PGOG的力学性能表征

  如图2所示，PGOG具备卓越的机械性能，最大应变可达10400%且未发生断裂，同时在-25℃的低温条件下仍能保持良好的拉伸性能。此外，得益于其动态可逆的超分子交联网络，PGOG在大应变条件下也展现出出色的拉伸回弹性。

图3 PGOG的粘附、生物相容性和喷涂工艺

  可靠的粘附力和良好的生物相容性对于离子皮肤的实际应用具有重要意义。如图3所示，PGOG对多种基材展现出强大的粘附性能。值得注意的是，PGOG内部的超分子相互作用可被大量水削弱，从而使其能够完全溶解于水中，而这一溶解过程是可逆的，通过蒸发水分即可实现PGOG的重塑。借助这一特性，我们配制了基于PGOG的便携式喷涂溶液，为离子皮肤的个性化原位定制提供了可能，使其能够完美贴合人体皮肤。此外，在使用结束后，可通过大量水快速冲洗掉该离子皮肤。基于此，作者对基于PGOG的离子纹身的生物安全性进行了评估。实验中，在大鼠背部喷涂离子纹身，7天后结果显示，离子纹身依然稳固地粘附在原位，且组织学观察未发现皮肤炎症或其他不良组织损伤现象。

图4 PGOG的传感性能

  PGOG对温度、湿度和应变都表现出良好的响应性和稳定性，因此具备作为监测各种信号的优秀表皮传感器的潜力。

图5 AI 辅助实现多重传感信号的识别和解耦

  在人机交互发展过程中，尤其是离子皮肤领域，多个信号的识别和解耦至关重要。在这项工作中，作者通过调节PGOG的形状和厚度差异，设计了三传感阵列，通过卷积神经网络进行训练，实现了对多重传感信号的精确解耦识别，展现出巨大的智能传感潜力。

  本工作选择生物相容和环境稳定的丙二醇作为溶剂为有机凝胶材料的开发提供了新的见解，利用动态的超分子聚电解质网络实现喷涂法制备离子皮肤的策略为基于凝胶材料的下一代离子皮肤的应用开辟了一条新的道路。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202501621