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  凝膠因其獨特的軟而韌的力學性能，在醫療、海洋、人機交互等諸多領域展現出了重要的應用價值。傳統水凝膠具有很高的生物安全性，但是在實際應用中面臨著環境不穩定性的難題。為解決這一問題，部分研究開始聚焦于離子凝膠。但遺憾的是，以離子液體為基礎的離子凝膠在生物安全性和耐低溫性能方面存在顯著局限，且其成本相對較高。在此背景下，極性有機凝膠逐漸受到關注，尤其是乙二醇凝膠。但乙二醇的凝固點僅為-13℃，且其毒性（LD50）水平甚至高于甲醇，顯然并非一種安全的有機溶劑，不適合作為凝膠溶劑。相比之下，丙三醇（甘油）具有較好的生物安全性，通常被認為無毒，但其凝固點卻高于水的冰點，限制了其應用范圍。

  近期，中國人民大學在《Small》期刊上發表的研究成果，通過對極性有機溶劑進行系統性統計分析后指出，1,2 - 丙二醇是目前有機凝膠中最具潛力的溶劑候選者。1,2 - 丙二醇的凝固點與 DMF（-61℃）相近，同時其毒性比甘油更低，可通過轉化為乳酸進行生物降解，成本遠低于離子液體。事實上，丙二醇在食品添加劑、藥物領域長期應用，其安全性已獲得眾多權威機構的認可。然而，目前針對丙二醇相關凝膠的開發工作仍相對較少，這一領域亟待進一步探索與拓展。

  本研究開發了一種基于丙二醇的超分子有機凝膠(PGOG)，將環境穩定且生物相容的綠色溶劑丙二醇(PG)與動態可降解、可重復利用的聚電解質網絡巧妙結合。PGOG展現出非凡的拉伸性(最大應變超10400%)、強附著力、良好生物相容性和環境穩定性。其超分子交聯特性賦予了PGOG動態可逆性，使其能夠在水中溶解回收。借助這一特性，將PGOG配制成噴霧溶液，可用于離子皮膚的個性化原位定制。此外，PGOG對溫度、濕度和應變均表現出優異穩定的電響應，在機器學習輔助下，能夠實現多種信號同時刺激下的復雜信號解耦的智能傳感功能。

  相關研究成果以 “Sprayable Ionic Tattoo Exploiting Biocompatible and Recyclable Organogel for AI‐Assisted Multi-signal Sensing” 為題發表于《Small》上。DOI：10.1002/smll.202501621。本文的第一作者為朱靖豪，安堯為共同第一作者，人大賀泳霖老師為通訊作者，王亞培老師為共同作者。

圖1 PGOG的制備與分析

  如圖1所示，PGOG采用一鍋法制備而成。以丙二醇為溶劑，通過丙烯酸（AA）和2-氨基乙基甲基丙烯酸酯鹽酸鹽 （AMA） 的共聚制備超分子有機凝膠 （PGOG），無需添加化學交聯劑，聚電解質賦予凝膠離子導電能力。值得注意的是，丙二醇的凝固點為 -60°C，沸點接近 200°C，其粘度和毒性均低于甘油，因此成為制備安全穩定的凝膠材料的可靠溶劑選擇。

圖2 PGOG的力學性能表征

  如圖2所示，PGOG具備卓越的機械性能，最大應變可達10400%且未發生斷裂，同時在-25℃的低溫條件下仍能保持良好的拉伸性能。此外，得益于其動態可逆的超分子交聯網絡，PGOG在大應變條件下也展現出出色的拉伸回彈性。

圖3 PGOG的粘附、生物相容性和噴涂工藝

  可靠的粘附力和良好的生物相容性對于離子皮膚的實際應用具有重要意義。如圖3所示，PGOG對多種基材展現出強大的粘附性能。值得注意的是，PGOG內部的超分子相互作用可被大量水削弱，從而使其能夠完全溶解于水中，而這一溶解過程是可逆的，通過蒸發水分即可實現PGOG的重塑。借助這一特性，我們配制了基于PGOG的便攜式噴涂溶液，為離子皮膚的個性化原位定制提供了可能，使其能夠完美貼合人體皮膚。此外，在使用結束后，可通過大量水快速沖洗掉該離子皮膚。基于此，作者對基于PGOG的離子紋身的生物安全性進行了評估。實驗中，在大鼠背部噴涂離子紋身，7天后結果顯示，離子紋身依然穩固地粘附在原位，且組織學觀察未發現皮膚炎癥或其他不良組織損傷現象。

圖4 PGOG的傳感性能

  PGOG對溫度、濕度和應變都表現出良好的響應性和穩定性，因此具備作為監測各種信號的優秀表皮傳感器的潛力。

圖5 AI 輔助實現多重傳感信號的識別和解耦

  在人機交互發展過程中，尤其是離子皮膚領域，多個信號的識別和解耦至關重要。在這項工作中，作者通過調節PGOG的形狀和厚度差異，設計了三傳感陣列，通過卷積神經網絡進行訓練，實現了對多重傳感信號的精確解耦識別，展現出巨大的智能傳感潛力。

  本工作選擇生物相容和環境穩定的丙二醇作為溶劑為有機凝膠材料的開發提供了新的見解，利用動態的超分子聚電解質網絡實現噴涂法制備離子皮膚的策略為基于凝膠材料的下一代離子皮膚的應用開辟了一條新的道路。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202501621