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  最近，廣州大學化學化工學院、廣東省節能環保精細化學品工程技術研究開發中心劉鵬副教授所在團隊以純淀粉為基材，構建了透明柔韌、價格低廉、生物相容性好的柔性傳感材料。相關工作以Facile Preparation of Eco-Friendly, Flexible Starch-Based Materials with Ionic Conductivity and Strain-Responsiveness為題，作為封面文章發表于國際學術期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering。廣州大學劉鵬副教授為論文第一作者，廣州大學汪黎明教授和英國華威大學謝豐蔚研究員為共同通訊作者，廣州大學碩士研究生馬聰和李穎是論文的共同作者。

  柔性傳感材料可以與人體緊密貼合,具有柔韌的機械靈活性，能通過彎曲和拉伸來適應身體運動，并產生電信號響應，為穿戴者提供實時監測信息。其應用于物聯網、云空間等技術中，可保證人體健康數據采集的準確性和實時性，從而為用戶的健康生活提供保障，在醫療、健康、運動領域均有廣闊的應用潛力。為提高傳感材料與人體的生物相容性，學者們主要以海藻酸鈉、纖維素、殼聚糖、淀粉等天然高分子物質為基材，設計制備柔性導電水凝膠。其中淀粉以其低廉的價格而備受關注。

  但淀粉分子的束水能力弱，導致淀粉凝膠中水分含量低，不利于電活性物質的遷移，凝膠的導電性和傳感能力弱。而提高凝膠中的水分含量，又會導致凝膠難以成型，只能以粘稠的糊狀物存在，不具備機械性能。

  針對上述問題，課題組在前期發現的無機鹽溶液能解構高直鏈淀粉顆粒的基礎上，構建了一種簡便、低能耗、綠色的淀粉基柔性導電水凝膠的加工方法：將一定濃度的氯化鈣溶液與高直鏈淀粉混合，80℃加熱5分鐘，冷卻后即可得到透明、柔韌、具有刺激響應性能、且生物相容好的柔性傳感材料。整個工藝過程無三廢排放。凝膠體系中，鹽離子與淀粉分子形成的配合物加強了淀粉凝膠的網絡體系和束水能力，提高凝膠的水分含量，從而為電活性物質提了供遷移的通道。同時未參與形成配合物的鹽離子，又是自由的電活性物質。當外加電場后，可在凝膠體系中定向遷移，實現導電。而當材料受外力作用發生形變時，離子的遷移通道發生變化，從而影響導電性能，產生傳感信號。

圖1 透明、生物相容性好、可擠出成型的淀粉基柔性導電材料

  利用此工藝制備的淀粉基柔性傳感材料，擁有良好的導電性、機械性和靈敏的刺激響應性：材料電導率3.7–9.2 Ω·m，與常規傳感材料相當；楊氏模量4–9 MPa，拉伸強度500–1300 KPa，斷裂伸長率15-32%，與聚二甲硅氧烷（PDMS）基材相當；材料可對拉伸、壓縮導致的應變產生電信號響應，且當應變僅為1%，就可產生顯著的電信號變化，能滿足可穿戴設備的使用需求。而更為重要的是，材料的生物相容性良好，金魚吞食后不會產生明顯的不良反應。此外，該材料在冷卻成型前的熱糊狀態下具有一定的流動性和擠出成型性，可用于3D打印。

圖2 淀粉基傳感材料的刺激響應性及實際傳感測試

  上述研究成果，構建了一種淀粉基柔性導電材料的便捷制備方法，拓展了淀粉在柔性傳感材料領域中的應用。以淀粉為基材可以設計出一系列生物相容性好、價格低廉的柔性傳感材料。

  課題組的系列工作發表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Carbohydrate Polymers等學術期刊。該研究獲得了廣東省自然科學基金、廣州市科技計劃項目（珠江科技新星專項）等項目的資助。

  論文鏈接：

  https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c07473

  https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b07726

  https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.11.034