光固化3D打印可控粘附與力學(xué)性能的水凝膠傳感器

來源：高分子科技

導(dǎo)電水凝膠材料在可穿戴傳感應(yīng)用中得到了廣泛的研究，因為它們具有良好的電導(dǎo)性、生物相容性以及接近人體皮膚的彈性模量等優(yōu)勢。基于水凝膠的可穿戴應(yīng)變傳感器由于其在實時健康監(jiān)測和運動檢測中的應(yīng)用前景廣闊，最近引起了人們的極大興趣。然而，在水凝膠系統(tǒng)中同時實現(xiàn)綜合的高拉伸性、自粘性和長期保水性能仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，這限制了它們在可穿戴電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。

近期，南洋理工大學(xué)王一凡教授團隊針對于可穿戴水凝膠傳感器的力學(xué)性能，黏附性能，保水性能以及生物相容性能難以兼顧的問題，通過引入蠶絲蛋白，設(shè)計了一種可光固化3D打印的聚丙烯酰胺/聚丙烯酸水凝膠體系，具有高機械強度，可調(diào)粘附性能，優(yōu)異的保水性能，以及具有良好的生物相容性能，從而實現(xiàn)實現(xiàn)其對運動信號的實時、高效監(jiān)測與識別。

該文章系統(tǒng)性研究了不同單元含量對于水凝膠力學(xué)性能，粘附性能的影響，并系統(tǒng)性解釋了其影響機理；系統(tǒng)性闡述水凝膠的粘附機理，同時揭示了不同表面微觀結(jié)構(gòu)對粘附性能的影響；解釋了水凝膠保水性的意義以及對長期使用性能的影響；闡釋了水凝膠高機械強度，高粘附性能，優(yōu)異的保水性能，生物相容性能對其傳感靈敏性、穩(wěn)定性與可靠性的作用機理。

該研究為利用3D打印多功能水凝膠開發(fā)可穿戴應(yīng)變傳感器進行運動與健康檢測提供了全新視角。該研究工作以“3D Printed Silk Fibroin-Based Hydrogels with Tunable Adhesion and Stretchability for Wearable Sensing”為題，發(fā)表在國際著名期刊《Advanced Functional Materials》上。新加坡南洋理工大學(xué)王一凡教授（Nanyang Assistant Professor）為論文的通訊作者，博士生吳坤霖為論文的第一作者。

圖1. 介紹了DLP 打印SF-PAAm/PAAc水凝膠的材料，打印方法，以及打印樣品。

圖2. 介紹了DLP 打印SF-PAAm/PAAc水凝膠的力學(xué)性能。

圖3. 介紹了DLP打印SF-PAAm/PAAc水凝膠的粘附性能。

圖4. 介紹了DLP打印的 SF-PAAm/PAAc 水凝膠傳感器的傳感能力。

圖5. 介紹了DLP打印的10通道水凝膠系統(tǒng)對PIP和MCP關(guān)節(jié)的信號采集。

圖6. 介紹了打印的10通道水凝膠系統(tǒng)對不同數(shù)字手勢下PIP和MCP關(guān)節(jié)的信號采集。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202404451