南洋理工大学王一凡课题组 《Adv. Funct. Mater.》:光固化3D打印可控粘附与力学性能的水凝胶传感器

发布日期:2024-06-28

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导电水凝胶材料在可穿戴传感应用中得到了广泛的研究,因为它们具有良好的电导性、生物相容性以及接近人体皮肤的弹性模量等优势。基于水凝胶的可穿戴应变传感器由于其在实时健康监测和运动检测中的应用前景广阔,最近引起了人们的极大兴趣。然而,在水凝胶系统中同时实现综合的高拉伸性、自粘性和长期保水性能仍然是一个巨大的挑战,这限制了它们在可穿戴电子产品中的应用。

 

近期,南洋理工大学王一凡教授团队针对于可穿戴水凝胶传感器的力学性能,黏附性能,保水性能以及生物相容性能难以兼顾的问题,通过引入蚕丝蛋白,设计了一种可光固化3D打印的聚丙烯酰胺/聚丙烯酸水凝胶体系,具有高机械强度,可调粘附性能,优异的保水性能,以及具有良好的生物相容性能,从而实现实现其对运动信号的实时、高效监测与识别。

 

该文章系统性研究了不同单元含量对于水凝胶力学性能,粘附性能的影响,并系统性解释了其影响机理;系统性阐述水凝胶的粘附机理,同时揭示了不同表面微观结构对粘附性能的影响;解释了水凝胶保水性的意义以及对长期使用性能的影响;阐释了水凝胶高机械强度,高粘附性能,优异的保水性能,生物相容性能对其传感灵敏性、稳定性与可靠性的作用机理。

 

该研究为利用3D打印多功能水凝胶开发可穿戴应变传感器进行运动与健康检测提供了全新视角。该研究工作以“3D Printed Silk Fibroin-Based Hydrogels with Tunable Adhesion and Stretchability for Wearable Sensing”为题,发表在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上。新加坡南洋理工大学王一凡教授(Nanyang Assistant Professor)为论文的通讯作者,博士生吴坤霖为论文的第一作者。

 

图1. 介绍了DLP 打印SF-PAAm/PAAc水凝胶的材料,打印方法,以及打印样品。

 

图2. 介绍了DLP 打印SF-PAAm/PAAc水凝胶的力学性能。

 

图3. 介绍了DLP打印SF-PAAm/PAAc水凝胶的粘附性能。

 

图4. 介绍了DLP打印的 SF-PAAm/PAAc 水凝胶传感器的传感能力。

 

图5. 介绍了DLP打印的10通道水凝胶系统对PIP和MCP关节的信号采集。

 

图6. 介绍了打印的10通道水凝胶系统对不同数字手势下PIP和MCP关节的信号采集。

 

论文链接:

https://doi.org/10.1002/adfm.202404451

 

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