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安徽理工大學張曉勇團隊 JMCA：原位動態(tài)相互作用的仿貽貝堅韌自粘水凝膠用于開發(fā)智能傳感器件

2025-01-11 來源：高分子科技

近年來，導(dǎo)電水凝膠作為一種新興材料，展示了其在復(fù)雜操控和多種傳感應(yīng)用中的巨大潛力。隨著智能醫(yī)療與可穿戴技術(shù)的普及，研發(fā)集成機械韌性、高效自愈合性和高粘附力的導(dǎo)電水凝膠材料，成為當前科研領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。盡管目前已開發(fā)出多種導(dǎo)電水凝膠材料，但由于其機械性能和粘附力的局限性，很多時候無法滿足智能傳感器件在使用過程的高要求，例如，導(dǎo)電水凝膠材料在皮膚上的粘附強度以及自愈合能力尚未達到理想水平，限制了它們在動態(tài)身體運動監(jiān)測和智能設(shè)備中的應(yīng)用。因此如何簡便且高效地制備出兼具多種優(yōu)異性能的水凝膠材料，仍然是該領(lǐng)域亟待解決的難題。

圖1 PVA-DBA水凝膠的制備方法和結(jié)構(gòu)特點

近期，安徽理工大學材料科學與工程學院張曉勇課題組受貽貝粘附蛋白和Fe³⁺配位鍵的啟發(fā)，成功開發(fā)了一種具有卓越的粘附性能、彈性和自愈能力的新型貽貝粘附水凝膠（PVA-DBA）。這種水凝膠的關(guān)鍵特征之一是其獨特的鍵合機制，它結(jié)合了兒茶酚-羧基相互作用和Fe3⁺離子配位鍵，提高了其機械性能，同時縮短了凝膠時間。該組合物還賦予了多個官能團（-NH₂, -COOH, 兒茶酚），進一步提高了水凝膠的完整性和多功能性。重要的是，PVA-DBA水凝膠在先進的運動傳感器件中顯示出巨大的應(yīng)用潛力，其可提供敏感的微小變形檢測，如關(guān)節(jié)彎曲，快速響應(yīng)時間為400 ms。此外，它還顯示了作為運動訓練計數(shù)器的前景，可以準確地監(jiān)測彎曲和伸展運動。這項工作促進了研究人員對聚合物分子鏈聚集狀態(tài)對水凝膠基柔性器件多場景應(yīng)用的理解，而且通過該技術(shù)的應(yīng)用，未來的可穿戴設(shè)備、智能機器人和電子傳感器等領(lǐng)域?qū)⒂瓉砀泳珳省㈧`活的功能性提升。該工作以“Mussel-inspired Strong and Tough Hydrogel with Self-adhesive based on Dynamic Interactions for Flexible Wearable Electronics”為題發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry A》上。該研究工作得到了安徽省高等學校科學研究重點項目、安徽理工大學青年基金項目、安徽理工大學醫(yī)學專項H2項目、安徽理工大學引進人才科研啟動基金，安徽理工大學青年科技基金項目的支持。

圖2 PVA-DBA水凝膠的結(jié)構(gòu)和機械性能結(jié)構(gòu)表征

圖3 PVA-DBA水凝膠的粘接性能

圖4 PVA-DBA水凝膠的機械性能

圖5 PVA-DBA水凝膠的傳感性能和計數(shù)功能

該工作是張曉勇團隊近期關(guān)于水凝膠力學性能調(diào)控和提高傳感穩(wěn)定性&功能性相關(guān)研究的最近進展之一。此外，水凝膠機械性能的原位可調(diào)和多場景粘接調(diào)控一直是該團隊的重要方向研究之一。近幾年，該團隊目前已在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.等期刊上發(fā)表了相關(guān)研究論文。接下來，團隊將對水凝膠材料在柔性器件和智能功能實現(xiàn)上繼續(xù)更深入的探索和研究，歡迎關(guān)注。

全文鏈接：https://doi.org/10.1039/D4TA08383K

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（責任編輯：xu）

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