【科研摘要】
适应性可以满足基本的技术应用要求。因此，迫切需要具有持久的粘合性，超高的韧性和超弹性的水凝胶基换能器。最近， 长春工业大学 高光辉教授 团队 通过将 羧甲基壳聚糖和酪蛋白酸钠引入聚丙烯酰胺水凝胶体系中，成功制备了皮肤状水凝胶传感器。
另外，聚丙烯酰胺 -酪蛋白钠-羧甲基壳聚糖钠（PAAM-SC-CC）水凝胶具有很强的机械性能和出色的机械柔韧性，这在很大程度上归功于足够的能量耗散机理。 出人意料的是，PAAM-SC-CC水凝胶对各种固体基质和人体皮肤均表现出稳定且可重现的粘合力。由于酪蛋白酸钠驱动的大量游离离子，PAAM-SC-CC水凝胶可以保持稳 定而灵敏的离子电导率，而无需添加其他填料 。
实验证明，它可以应用于复杂信号的人体运动监控领域。因此， PAAM-SC-CC水凝胶传感器可以监测人体在不同应变范围内的运动，包括喉咙运动和关节伸展。可以想到具有各种特性的这种基于水凝胶的柔性换能器，以扩大生物电极，人机，个性化医疗健康领域等的应用领域。 相关论文以题为 Bio-Based Hydrogel Transducer for Measuring Human Motion with Stable Adhesion and Ultrahigh Toughness 发表在《 ACS Appl. Mater. Interfaces 》上。
【主图导读】
图 1. 与PAAM-SC-CC水凝胶有关的结构机理和应用显示。
图 2. （a）PAAM水凝胶，PAAM-SC水凝胶，PAAM-CC水凝胶和PAAM-SC-CC水凝胶的拉伸应力-应变曲线；（b，c）分别关于SC和CC的不同比率的拉伸应力-应变曲线；（d–f）分别对应（a），（b）和（c）的弹性模量和韧性。（g）中显示了PAAM-SC-CC水凝胶的拉伸性能。
图 3. （a，b）不同应变（200–1000％）的PAAM-SC-CC水凝胶的拉伸循环测试，并通过条形图表示应力和滞后的比较表示；（c，d）在1000％应变下，对PAAM-SC-CC水凝胶进行了10次连续的拉伸循环测试，并且显示了具有不同初始组分的水凝胶的拉伸循环性能的比较；（e）PAAM-SC-CC水凝胶具有很强的拉伸周期性能，该凝胶呈线状并随重量而摆动；（f，g）PAAM-SC-CC水凝胶在90％变形百分比下的十个压缩循环；（h）使用质地分析仪测试的PAAM-SC-CC的压缩循环性能；（i）施加 力 10分钟后，在20％应变下约10个连续循环的应力松弛曲线。
图 4. （a）具有各种初始组分的水凝胶的水平剥离强度对比；（b）比较水凝胶在其他基材上的剥离强度，这些基材包括木材，钛，玻璃，铝，硅橡胶，聚乙烯和聚四氟乙烯；（c）铝基体连续剥皮10次；（d）PAAM-SC-CC水凝胶对包括橡胶，玻璃，铁，塑料，硬纸板和PTFE在内的不同基材的粘附性表现；（e）PAAM-SC-CC水凝胶对塑料的粘合性能，该塑料在空气中粘附然后在水下放置；（f）将水凝胶贴在人体手臂上并手动剥离的示意图。
图 5. （a，b）与具有不同初始成分的水凝胶有关的流变应变扫描和频率扫描；（c）红外扫描光谱法涉及两种不同的生物基材料，即SC和CC以及它们的混合物；（d–f）PAAM-SC水凝胶，PAAM-CC水凝胶和PAAM-SC-CC水凝胶的SEM图像。
图 6. （a）不同水凝胶伸长率的LED亮度变化和恢复；（b）不同水凝胶组分的各种离子电导率；（c）电阻率随拉伸应变的变化而变化；（d，e）PAAM-SC-CC水凝胶在不同应变（1和10、20、30、40、50和100、200、300、400和500％）拉伸循环条件下的电性能;（f）在应变变化下水凝胶样品的电阻响应时间和恢复时间；（g）在50％应变下将PAAM-SC-CC水凝胶连续拉伸500个循环时观察到的电阻变化率，以及（h）从500到800 s的详细图表；（i）比较本作品与当代作品之间的反应时间 。
图 7. （a）E.C.G. 在PAAM-SC-CC水凝胶作为导电通道的情况下进行信号测试；可以跟踪和改变水凝胶的阻力变化，以响应人体相应的动作：（b）说“ A”和“谢谢”，（c）手指弯曲不同的角度，（d）咳嗽，（e ）微笑和大笑；（f）手腕弯曲；（g）手腕摆动速度不同；（h）志愿者在地面上漫步。
参考文献 ： doi.org/10.1021/acsami.1c05098
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