安徽理工大学张晓勇团队 JMCA：原位动态相互作用的仿贻贝坚韧自粘水凝胶用于开发智能传感器件

2025-01-11 来源：高分子科技

近年来，导电水凝胶作为一种新兴材料，展示了其在复杂操控和多种传感应用中的巨大潜力。随着智能医疗与可穿戴技术的普及，研发集成机械韧性、高效自愈合性和高粘附力的导电水凝胶材料，成为当前科研领域的重大挑战。尽管目前已开发出多种导电水凝胶材料，但由于其机械性能和粘附力的局限性，很多时候无法满足智能传感器件在使用过程的高要求，例如，导电水凝胶材料在皮肤上的粘附强度以及自愈合能力尚未达到理想水平，限制了它们在动态身体运动监测和智能设备中的应用。因此如何简便且高效地制备出兼具多种优异性能的水凝胶材料，仍然是该领域亟待解决的难题。

图1 PVA-DBA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受贻贝粘附蛋白和Fe³⁺配位键的启发，成功开发了一种具有卓越的粘附性能、弹性和自愈能力的新型贻贝粘附水凝胶（PVA-DBA）。这种水凝胶的关键特征之一是其独特的键合机制，它结合了儿茶酚-羧基相互作用和Fe3⁺离子配位键，提高了其机械性能，同时缩短了凝胶时间。该组合物还赋予了多个官能团（-NH₂, -COOH, 儿茶酚），进一步提高了水凝胶的完整性和多功能性。重要的是，PVA-DBA水凝胶在先进的运动传感器件中显示出巨大的应用潜力，其可提供敏感的微小变形检测，如关节弯曲，快速响应时间为400 ms。此外，它还显示了作为运动训练计数器的前景，可以准确地监测弯曲和伸展运动。这项工作促进了研究人员对聚合物分子链聚集状态对水凝胶基柔性器件多场景应用的理解，而且通过该技术的应用，未来的可穿戴设备、智能机器人和电子传感器等领域将迎来更加精准、灵活的功能性提升。该工作以“Mussel-inspired Strong and Tough Hydrogel with Self-adhesive based on Dynamic Interactions for Flexible Wearable Electronics”为题发表在《Journal of Materials Chemistry A》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、安徽理工大学引进人才科研启动基金，安徽理工大学青年科技基金项目的支持。

图2 PVA-DBA水凝胶的结构和机械性能结构表征

图3 PVA-DBA水凝胶的粘接性能

图4 PVA-DBA水凝胶的机械性能

图5 PVA-DBA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力学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. 2025, 503, 158603, Chem. Eng. J. 2024, 495, 153385, Chem. Eng. J. 2023, 468, 143734, ACS Appl. Mater. & Inter. 2024, 16, 62776–62787, 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/10.1039/D4TA08383K

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（责任编辑：xu）

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