齐鲁工业大学刘温霞教授团队 CEJ：超拉伸、可修复和高灵敏度的黄原胶原位还原纳米银水凝胶，适用于宽温度柔性传感

2023-07-03 来源：高分子科技

导电水凝胶由于其导电性、高精度的信息采集、生物相容性以及延展性，已成为柔性可穿戴传感器的优秀候选材料。然而，柔性可穿戴传感器在使用中不可避免的会遇到各种实际问题，如：环境温度的耐受性、高含水量环境下的细菌滋生、信号检测灵敏度低、损伤不可逆以及机械性能的稳定性等问题。导电水凝胶功能的单一性以及损坏不可逆性阻碍了其在柔性可穿戴传感器中的实际应用。

针对上述问题，齐鲁工业大学于得海、刘温霞团队设计了一种溶剂置换法制备的疏水缔合/动态配位网络双网络水凝胶，能够在短时间内快速凝胶化。大量动态氢键和配位键协同疏水缔合网络赋予了水凝胶优异的机械性能（断裂伸长率~4900%，断裂强度~506 kPa）和更好的自愈合能力。通过溶剂置换，水凝胶具有宽温度耐受性（-20-60℃）和稳定的电信号传感可重复性。传感器还可用于以快速响应时间（75 ms）灵敏的（GF=22.34）无线监测人体信号。同时，可穿戴传感器的抑菌性能可以很好的避免高含水量的水凝胶滋生细菌（抑菌率99.9%）。这一系列研究工作揭示了基于可自愈、抑菌、高灵敏度、宽耐受温度的稳定柔性可穿戴传感器的制作，在可穿戴电子器件、无线监测、人机交互等方面显示出巨大应用潜力。

图1. PXAg-GL离子凝胶的合成路线和性质应用示意图

图2. PXAg-GL水凝胶的凝胶化过程和力学性能优化。

图3. PX_0.2Ag₁-GL水凝胶的机械柔韧性。

图4. 防冻和防干燥性能。

图5. PX_0.2Ag₁-GL水凝胶在不同应变和温度条件下的传感行为。

图6. 传感器外界信号检测、无线传输和远程监控功能。

在这项工作中，通过溶剂置换法将甘油-水二元溶剂引入疏水缔合/动态配位双网络水凝胶中，制备了一种耐温、抗菌、可自愈、导电、超强拉伸的多功能柔性可穿戴传感器。作为柔性可穿戴传感器，其抑菌特性可以避免在人体皮肤表面使用时的细菌侵染，并且可以实时无线监测人体的多种生理活动。本研究揭示了柔性可穿戴多功能表皮传感器的制造，基于它优越的综合性能，在电子皮肤、无线监测、人机交互等方面显示出巨大应用潜力。相关工作成果以《Ultrastretchable, repairable and highly sensitive xanthan collagen nanosilver hydrogel for wide temperature flexible sensing》发表在Chemical Engineering Journal上，齐鲁工业大学硕士研究生董宝亭为第一作者，齐鲁工业大学于得海副教授为通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144385

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（责任编辑：xu）

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