【科研摘要】

適應性可以滿足基本的技術應用要求。因此，迫切需要具有持久的粘合性，超高的韌性和超彈性的水凝膠基換能器。最近，

長春工業大學高光輝教授團隊

透過將

羧甲基殼聚糖和酪蛋白酸鈉引入聚丙烯醯胺水凝膠體系中，成功製備了面板狀水凝膠感測器。

另外，聚丙烯醯胺-酪蛋白鈉-羧甲基殼聚糖鈉（PAAM-SC-CC）水凝膠具有很強的機械效能和出色的機械柔韌性，這在很大程度上歸功於足夠的能量耗散機理。

出人意料的是，PAAM-SC-CC水凝膠對各種固體基質和人體面板均表現出穩定且可重現的粘合力。由於酪蛋白酸鈉驅動的大量遊離離子，PAAM-SC-CC水凝膠可以保持穩定而靈敏的離子電導率，而無需新增其他填料

。

實驗證明，它可以應用於複雜訊號的人體運動監控領域。因此，PAAM-SC-CC水凝膠感測器可以監測人體在不同應變範圍內的運動，包括喉嚨運動和關節伸展。可以想到具有各種特性的這種基於水凝膠的柔性換能器，以擴大生物電極，人機，個性化醫療健康領域等的應用領域。相關論文以題為

Bio-Based Hydrogel Transducer for Measuring Human Motion with Stable Adhesion and Ultrahigh Toughness

發表在《

ACS Appl。 Mater。 Interfaces

》上。

【主圖導讀】

圖1。

與PAAM-SC-CC水凝膠有關的結構機理和應用顯示。

圖2。

（a）PAAM水凝膠，PAAM-SC水凝膠，PAAM-CC水凝膠和PAAM-SC-CC水凝膠的拉伸應力-應變曲線；（b，c）分別關於SC和CC的不同比率的拉伸應力-應變曲線；（d–f）分別對應（a），（b）和（c）的彈性模量和韌性。（g）中顯示了PAAM-SC-CC水凝膠的拉伸效能。

圖3。

（a，b）不同應變（200–1000%）的PAAM-SC-CC水凝膠的拉伸迴圈測試，並透過條形圖表示應力和滯後的比較表示；（c，d）在1000%應變下，對PAAM-SC-CC水凝膠進行了10次連續的拉伸迴圈測試，並且顯示了具有不同初始組分的水凝膠的拉伸迴圈效能的比較；（e）PAAM-SC-CC水凝膠具有很強的拉伸週期性能，該凝膠呈線狀並隨重量而擺動；（f，g）PAAM-SC-CC水凝膠在90%變形百分比下的十個壓縮迴圈；（h）使用質地分析儀測試的PAAM-SC-CC的壓縮迴圈效能；（i）施加力10分鐘後，在20%應變下約10個連續迴圈的應力鬆弛曲線。

圖4。

（a）具有各種初始組分的水凝膠的水平剝離強度對比；（b）比較水凝膠在其他基材上的剝離強度，這些基材包括木材，鈦，玻璃，鋁，矽橡膠，聚乙烯和聚四氟乙烯；（c）鋁基體連續剝皮10次；（d）PAAM-SC-CC水凝膠對包括橡膠，玻璃，鐵，塑膠，硬紙板和PTFE在內的不同基材的粘附性表現；（e）PAAM-SC-CC水凝膠對塑膠的粘合效能，該塑膠在空氣中粘附然後在水下放置；（f）將水凝膠貼在人體手臂上並手動剝離的示意圖。

圖5。

（a，b）與具有不同初始成分的水凝膠有關的流變應變掃描和頻率掃描；（c）紅外掃描光譜法涉及兩種不同的生物基材料，即SC和CC以及它們的混合物；（d–f）PAAM-SC水凝膠，PAAM-CC水凝膠和PAAM-SC-CC水凝膠的SEM影象。

圖6。

（a）不同水凝膠伸長率的LED亮度變化和恢復；（b）不同水凝膠組分的各種離子電導率；（c）電阻率隨拉伸應變的變化而變化；（d，e）PAAM-SC-CC水凝膠在不同應變（1和10、20、30、40、50和100、200、300、400和500%）拉伸迴圈條件下的電效能；（f）在應變變化下水凝膠樣品的電阻響應時間和恢復時間；（g）在50%應變下將PAAM-SC-CC水凝膠連續拉伸500個迴圈時觀察到的電阻變化率，以及（h）從500到800 s的詳細圖表；（i）比較本作品與當代作品之間的反應時間。

圖7。

（a）E。C。G。 在PAAM-SC-CC水凝膠作為導電通道的情況下進行訊號測試；可以跟蹤和改變水凝膠的阻力變化，以響應人體相應的動作：（b）說“ A”和“謝謝”，（c）手指彎曲不同的角度，（d）咳嗽，（e ）微笑和大笑；（f）手腕彎曲；（g）手腕擺動速度不同；（h）志願者在地面上漫步。

參考文獻

：doi。org/10。1021/acsami。1c05098