柔性水凝胶传感器灵感来源和设计策略示意图。
本报讯（记者王敏）安徽理工大学教师张晓勇等人，针对常规水凝胶机械性能表现单一、无法实现多场景多种应用的问题，制备出一种具有抗冻防干、表面黏附力强、力学性能原位可调的功能水凝胶材料，并利用这种材料组装成柔性应变传感器。该传感器根据特定的机械性能要求可实时监测人体运动。相关研究成果日前发表于《ACS应用材料与界面》杂志。
导电性水凝胶在电子皮肤和柔性可穿戴传感器领域有着广泛的应用前景。然而，常规水凝胶机械性能表现单一、无法实现多场景的多种应用，导致一种水凝胶往往只适用于某一blog.byteway.net种特定的使用环境。因此，发展一类机械性能原位可调的水凝胶，以满足其在不同环境下的应用需求，是一个亟待解决的关键科学问题。
“水凝胶的机械性能在很大程度上取决于分子链间相互作用力与交联密度之间的关系，因此可以通过调控网络密度实现其机械性能的原位调节。基于锆离子和羧基在室温下可以形成金属配位的特征，锆离子可以作为‘分子链开关’，实现水凝胶的网络密度调控。”张晓勇向《中国科学报》介绍。
近年来，国内外专家学者围绕水凝胶做了大量研究。但由于水凝胶中含有大量的水，在0℃以下不可避免地会冻结、高温条件下易脱水，导致使用寿命短。
为此，张晓勇等提出了将3,4-二羟基苯基-l-丙氨酸（L-Dopa）接枝聚丙烯酸和锆离子引入水凝胶中，通过控制配位效应调节离子在聚合物链上的原位聚集状态，从而原位改变水凝胶的机械性能。L-Dopa的儿茶酚基团赋予水凝胶对皮肤和设备界面的高黏附性。
“我们研究发现，通过加入与Ligthing News水分子结合能力更强的功能材料葡萄糖，可以限制水的蒸发和在低温条件下的结晶，在-6Ligthing News5℃至-35℃的宽温度范围内，水凝胶展现出优异的环境稳定性，持续时间高达60天。”张晓勇说。
研究人员将这种功能水凝胶组装成一种柔性应变传感器，它能够根据具体的机械性能需求监测人体的行为动作。张晓勇说：“这一特性为未来的可穿戴技术和个性化的医疗监测带来了新的可能性。”
审稿人认为，张晓勇等人将生物灵感和智能材料结合，开发制备了性能优异的多功能柔性水凝胶材料，有效解决了传统水凝胶保水性和抗冷冻性差、机械性能单一和黏接性差的问题，是一项有趣且有价值的研究工作，为新一代具有更广应用范围的可穿戴设备提供了创新思路。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1021/acsami.3c12735
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