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多倫多大學劉新宇教授團隊《iScience》綜述:類皮膚水凝膠及其在可穿戴傳感,軟體機器人以及能量收集等方面的應(yīng)用
2021-11-14  來源:高分子科技
  皮膚作為人體最大的器官,近年來為科學家設(shè)計新型可拉伸電子帶來了諸多啟發(fā)。通過精巧地設(shè)計并組合相關(guān)電子元器件及彈性體材料,研究人員已成功開發(fā)出諸如電子皮膚(electronic skin)等仿人體皮膚的電子設(shè)備,并在可穿戴電子,可穿戴康復機械人和軟體機器人等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景. 而以離子水凝膠為代表的軟材料,由于其優(yōu)異的生物兼容性,更加接近生物組織的機械和電學特性,目前吸引了大量研究精力投入其中,以便將其開發(fā)并集成到可穿戴傳感,軟體機器人等應(yīng)用中,從而確保更安全,更智能的人機互動。


  日前,多倫多大學劉新宇教授團隊在 Cell Press 子刊 iScience上 總結(jié)并討論了類皮膚水凝膠的研究進展。文章首先總結(jié)了目前水凝膠的增韌方法及原理,增加離子導電性的方法。文章隨后描述了目前提高水凝膠鎖水,抗凍和粘貼的若干策略。應(yīng)用方面,文章主要介紹了目前離子水凝膠在可穿戴物理和化學傳感,軟體機器人柔性電極及可拉伸傳感,和柔性自發(fā)電能量收集等方面的進展。最后,作者討論了離子水凝膠存在的挑戰(zhàn)和機遇, 包括多模態(tài)傳感,新型加工制備方案,結(jié)合大數(shù)據(jù)和水凝膠離子計算的下一代智能,以及可拉伸的儲能設(shè)備。

圖1 人體皮膚示意圖及類皮膚水凝膠目前的進展和應(yīng)用總結(jié)

圖2 雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的代表結(jié)構(gòu)和他們的合成策略。

圖3 基于導電聚合物的水凝膠

圖4 新型導電凝膠

圖5 水凝膠粘貼

圖6 水凝膠生物機械傳感器

圖7 水凝膠溫度傳感器

圖8 水凝膠生物化學傳感器


圖9 水凝膠多模態(tài)傳感器

圖10 基于離子凝膠的軟體機器人

  論文第一作者應(yīng)斌斌博士曾在麥吉爾大學和多倫多大學聯(lián)合培養(yǎng),目前正在麻省理工學院機械工程系從事博士后研究工作。研究方向為ingestible bioelectronics and biosensors。

  多倫多大學劉新宇教授為本文通訊作者。多倫多大學劉新宇教授團隊長期致力于微納和軟體機器人學、柔性電子器件、微流控器件與系統(tǒng)等機理研究以及應(yīng)用開發(fā)。該研究受到了加拿大自然科學和工程研究理事會和加拿大創(chuàng)新基金會的資助。

  論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004221011421?via%3Dihub
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(責任編輯:xu)
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