光固化3D打印可控粘附與力學性能的水凝膠傳感器

來源：高分子科技

導電水凝膠材料在可穿戴傳感應用中得到了廣泛的研究，因為它們具有良好的電導性、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變傳感器由于其在實時健康監(jiān)測和運動檢測中的應用前景廣闊，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)品中的應用。

近期，南洋理工大學王一凡教授團隊針對于可穿戴水凝膠傳感器的力學性能，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構對粘附性能的影響；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關節(jié)的信號采集。

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