【摘 要】
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高性能、可穿戴的表皮传感材料的开发,对实现人体生理信号准确、快速的采集,以及推动远程医疗健康监测等都具有重要意义。离子凝胶与人体导电方式相同,兼具出色的拉伸性和透明性,且电信号变化具有规律性和可预测性,使得其在生物电子领域的应用中有着天然的优势。然而,离子凝胶普遍存在着与人体皮肤界面作用弱、粘附性能差等问题,易产生大的界面阻抗、分层剥离和不稳定接触,影响着信号的获取、传递和穿戴舒适性。为此,本文围
【基金项目】
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国家自然科学基金； 广州市科技计划项目；
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高性能、可穿戴的表皮传感材料的开发,对实现人体生理信号准确、快速的采集,以及推动远程医疗健康监测等都具有重要意义。离子凝胶与人体导电方式相同,兼具出色的拉伸性和透明性,且电信号变化具有规律性和可预测性,使得其在生物电子领域的应用中有着天然的优势。然而,离子凝胶普遍存在着与人体皮肤界面作用弱、粘附性能差等问题,易产生大的界面阻抗、分层剥离和不稳定接触,影响着信号的获取、传递和穿戴舒适性。为此,本文围绕可自黏附离子凝胶的制备及对其模量和黏附性的调控展开研究,为高性能离子凝胶基表皮传感材料的研究与应用提供科学依据。针对水凝胶材料自粘性差、力学强度低及普遍存在大滞后环的问题,利用多巴胺（DA）的原位聚合和拓扑缠绕,制备了具有自粘性（5.2 k Pa）的双交联网络PAa水凝胶。通过金属配位键交联的聚多巴胺（PDA）形成第二交联网络,利用增大的交联密度及金属配位键的快速解离-缔合能力,赋予凝胶以高强度（92.0 k Pa）、高拉伸性（1090%）和极低的滞后性。此外,凝胶还具有低模量（～10 k Pa）特点,使其能很好地贴合人体表皮,在被用作表皮传感材料时表现出高灵敏度（GF=3.4）和高稳定性（20%应变下超700次循环）,并被成功应用于人体关节运动和肌电信号的检测。针对共价交联凝胶模量、黏附性不可调的问题,制备了由动态硼酸酯键（二噁唑硼烷,DOAB）交联固化的新型凝胶基体（FAxEyB）。通过对主链结构的调控,制备了具有高强度（26.2 MPa）和高断裂伸长率（354.1%）的凝胶基体FA15E85B;基体表面经乙醇活化后,由于DOAB的解离产生大量羟基,表现出增强的黏附性,粘接能达49.56 J/m~2,比处理前相比提升～10倍。此外,DOAB的可逆特性还赋予基体以优异的自修复性（自修复效率94%）和重塑性。采用共溶剂浇筑方法,在所制备的凝胶基体(FA15E85B)中引入离子液体,制备了离子液体凝胶（BIG-IL）。该离子凝胶表现出优异的耐寒性、自修复性（修复效率97%）和黏附性（272.1 k Pa）,对各种基材（橡胶、塑料、玻璃等）都表现出高黏附性。将其用做电阻式应变传感材料时,其信号变化表现出高线相关性和高灵敏度（GF=2.78）;并在不同应变（5-20%）、作用频率（0.125-1 Hz）和长期循环测试中表现出稳定、可重复的响应,有望在高灵敏、高稳定表皮传感材料中得到应用。
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