抗冻水凝胶柔性应变传感器应用于人体运动监测

摘要

导电水凝胶因具有皮肤般的弹性、离子导电性和机械柔韧性成为制备柔性传感器的理想材料。然而，水凝胶中含有大量的水分，在低温下容易结冰，使得凝胶变得硬且脆，进而失去导电性和机械柔性，严重影响了水凝胶柔性传感器在特殊环境中的应用。受自然界中生物体抗冻性的启发，本文将4-丙烯酰吗啉(ACMO)和2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)单体与胶原蛋白在植酸的水溶液中聚合得到了低温抗冻的多功能导电水凝胶。由于水凝胶网络中P(ACMO-co-AMPS)链段与胶原蛋白及植酸之间动态可逆的非共价键相互作用，水凝胶具有优异的机械柔韧性、抗疲劳性和粘附性能。基于水凝胶的高电导率和对应变的快速响应性，将其组装成了高灵敏和宽响应范围的应变传感器，实现对人体关节和肌肉运动信号的实时监测。此外，植酸与水分子之间的强氢键作用，极大的降低了水的凝固点，赋予了水凝胶传感器良好的低温抗冻性能，能够满足寒冷条件下的运动监测需求。本文为开发多功能抗冻水凝胶柔性应变传感器提供了新策略，拓宽了水凝胶传感器的应用范围。

关键词

水凝胶 / 抗冻 / 植酸 / 柔性应变传感器 / 运动监测

基金资助

国家自然科学基金面上项目(22172092); 山东省自然科学基金面上项目(ZR2021MB079)