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安徽理工大學張曉勇課題組 ACS AMI：PNIPAM基水凝膠的抗脫水和穩(wěn)定的力學性能用于體溫監(jiān)測傳感器

2024-11-05 來源：高分子科技

近年來，溫度響應可穿戴技術(shù)因其便捷性和實用性而受到廣泛關(guān)注。特別是在運動監(jiān)測和健康管理領(lǐng)域，PNIPAM水凝膠因其顯著的熱響應特性，導致可穿戴傳感器的需求不斷增長。然而，一個亟待解決的問題是，如何設(shè)計PNIPAM基水凝膠以防止相變過程引起的脫水問題，以及由設(shè)備與人體皮膚之間不穩(wěn)定的機械性能導致的粘合性能下降，從而避免界面失效。因此，如何構(gòu)建一種能夠抑制PNIPAM水凝膠脫水和體積變化的材料，以實現(xiàn)相變過程中穩(wěn)定的機械性能、優(yōu)異的粘合性和熱傳感靈敏度，成為當前研究的熱點。

圖1 NAGP-Gel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提出了一種新型的抗脫水和穩(wěn)定的力學性能水凝膠（NAGP-Gel），用于制造可穿戴溫度傳感器。該水凝膠基于明膠網(wǎng)狀支架來抑制脫水和體積變化，從而在相變過程中獲得穩(wěn)定的機械性能、優(yōu)異的粘合性和熱傳感靈敏度。NAGP-Gel 增強了聚合物鏈與水的相互作用，削弱了聚合物鏈與鏈之間的聚集程度，提高了在高于最低臨界溶解溫度 (LCST，即~32℃) 的45℃條件下的抗脫水性能。網(wǎng)狀支架極大地限制了相變引起的聚合物鏈運動并保持了機械性能。在60℃環(huán)境下，NAGP-Gel的最大失水率和體積保留率分別僅為3.58％和97.3％。此外，NAGP-Gel還可用作溫度傳感器，在LCST范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的熱電信號。它還可以組裝成電子設(shè)備，通過摩爾斯電碼傳輸信息和識別手語。這項工作拓寬了PNIPAM在構(gòu)建智能水凝膠中的應用，并為探索用于溫度監(jiān)測應用的新型水凝膠提供了有效思路。該工作以“Anti-dehydration and Stable Mechanical Properties during the Phase Transition of the PNIPAM-based Hydrogel for Body Temperature Monitoring Sensors”為題發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》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、青年科技基金項目、安徽理工大學引進人才科研啟動基金的支持。

圖2 NAGP-Gel水凝膠的結(jié)構(gòu)和抗脫水性能

圖3 NAGP-Gel水凝膠的粘接性能

圖4 NAGP-Gel水凝膠的機械性能

圖5 NAGP-Gel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)于水凝膠機械性能調(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. 2024, 495, 153385, Chem. Eng. J. 2023, 468, 143734, 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/10.1021/acsami.4c15748

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（責任編輯：xu）

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