【摘 要】
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微生物多糖因其环保、生产成本低廉等优势,已被广泛用于可生物降解的多糖基气凝胶。由柔性多糖与导电碳基材料制成的复合气凝胶,是柔性应变和压力传感器的理想选择。本研究拟制备一种基于微生物胞外多糖和碳纳米管的复合气凝胶,作为柔性应变传感器,开发其在人体运动和健康检测中的应用。首先,通过分离、筛选和鉴定,获得一株高产胞外多糖（Exopolysaccharides,EPS）的胶质类芽孢杆菌（Paenibaci
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微生物多糖因其环保、生产成本低廉等优势,已被广泛用于可生物降解的多糖基气凝胶。由柔性多糖与导电碳基材料制成的复合气凝胶,是柔性应变和压力传感器的理想选择。本研究拟制备一种基于微生物胞外多糖和碳纳米管的复合气凝胶,作为柔性应变传感器,开发其在人体运动和健康检测中的应用。首先,通过分离、筛选和鉴定,获得一株高产胞外多糖（Exopolysaccharides,EPS）的胶质类芽孢杆菌（Paenibacillus mucilaginosus,P.m LT1906）。通过培养条件优化,确定了EPS最佳发酵条件为:发酵时间36 h,蔗糖浓度60 g/L,硫酸铵浓度1 g/L,培养温度30℃。经过离心除杂、蛋白分离及多糖沉淀的系列粗提及冷冻干燥获得EPS。紫外光谱分析表明,在200 nm处具有多糖紫外特征吸收峰;红外光谱分析表明,EPS为含有羟基和羧基的糖醛酸碳水化合物;流变学特性分析表明,EPS水溶液为非牛顿流体,以BDDE为交联剂,可实现EPS溶胶-凝胶转变。然后,以Na2CO3为脱乙酰增强剂,BDDE为交联剂,通过冷冻干燥,将EPS与碳纳米管（carbon nanotubes,CNT）复合制备为EPS/CNT复合气凝胶。经红外、XRD和SEM表征,确定该复合气凝胶为3D互连多孔复合材料。力学性能分析发现,EPS/CNT复合气凝胶能承受最大70%的高压缩应变,在50%应变下循环5000次后,塑性变形仅为1.4%,展现出其优异的强度和抗疲劳性。电学性能分析发现,该复合气凝胶在0～30%的线性应变范围内可实时监测动态压缩,检测应变极限低至0.25%,灵敏度为4.28,电阻响应稳定性高。实时和原位监测人体细微运动结果表明,EPS/CNT复合气凝胶具有可循环压缩性、高灵敏度和电阻稳定性。本研究开发的P.m LT1906 EPS,作为可持续的气凝胶原料,将有助于扩大生物多糖气凝胶的应用范围。所制成的EPS/CNT复合气凝胶,有望开发为可穿戴应变传感器。
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