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安徽理工大學(xué)張曉勇團(tuán)隊(duì) JMCA：原位動(dòng)態(tài)相互作用的仿貽貝堅(jiān)韌自粘水凝膠用于開發(fā)智能傳感器件
2025-01-11  來(lái)源：高分子科技

  近年來(lái)，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(jī)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(dāng)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(jī)械性能和粘附力的局限性，很多時(shí)候無(wú)法滿足智能傳感器件在使用過(guò)程的高要求，例如，導(dǎo)電水凝膠材料在皮膚上的粘附強(qiáng)度以及自愈合能力尚未達(dá)到理想水平，限制了它們?cè)趧?dòng)態(tài)身體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和智能設(shè)備中的應(yīng)用。因此如何簡(jiǎn)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(diǎn)


  近期，安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(dú)特的鍵合機(jī)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(jī)械性能，同時(shí)縮短了凝膠時(shí)間。該組合物還賦予了多個(gè)官能團(tuán)（-NH2, -COOH, 兒茶酚），進(jìn)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(jìn)的運(yùn)動(dòng)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(cè)，如關(guān)節(jié)彎曲，快速響應(yīng)時(shí)間為400 ms。此外，它還顯示了作為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練計(jì)數(shù)器的前景，可以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)。這項(xiàng)工作促進(jìn)了研究人員對(duì)聚合物分子鏈聚集狀態(tài)對(duì)水凝膠基柔性器件多場(chǎng)景應(yīng)用的理解，而且通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，未來(lái)的可穿戴設(shè)備、智能機(jī)器人和電子傳感器等領(lǐng)域?qū)⒂瓉?lái)更加精準(zhǔn)、靈活的功能性提升。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(xué)校科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目、安徽理工大學(xué)青年基金項(xiàng)目、安徽理工大學(xué)醫(yī)學(xué)專項(xiàng)H2項(xiàng)目、安徽理工大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金，安徽理工大學(xué)青年科技基金項(xiàng)目的支持。


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


圖5 PVA-DBA水凝膠的傳感性能和計(jì)數(shù)功能


  該工作是張曉勇團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于水凝膠力學(xué)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(jìn)展之一。此外，水凝膠機(jī)械性能的原位可調(diào)和多場(chǎng)景粘接調(diào)控一直是該團(tuán)隊(duì)的重要方向研究之一。近幾年，該團(tuán)隊(duì)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(lái)，團(tuán)隊(duì)將對(duì)水凝膠材料在柔性器件和智能功能實(shí)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(zé)任編輯：xu）
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