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南洋理工大學(xué)王一凡團(tuán)隊(duì):光固化3D打印可控粘附與力學(xué)性能的水凝膠傳感器

更新時(shí)間:2024-06-28點(diǎn)擊次數(shù):319

導(dǎo)電水凝膠材料在可穿戴傳感應(yīng)用中得到了廣泛的研究,因?yàn)樗鼈兙哂辛己玫碾妼?dǎo)性、生物相容性以及接近人體皮膚的彈性模量等優(yōu)勢?;谒z的可穿戴應(yīng)變傳感器由于其在實(shí)時(shí)健康監(jiān)測和運(yùn)動(dòng)檢測中的應(yīng)用前景廣闊,最近引起了人們的極大興趣。然而,在水凝膠系統(tǒng)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)綜合的高拉伸性、自粘性和長期保水性能仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),這限制了它們在可穿戴電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。

近期,南洋理工大學(xué)王一凡教授團(tuán)隊(duì)針對于可穿戴水凝膠傳感器的力學(xué)性能,黏附性能,保水性能以及生物相容性能難以兼顧的問題,通過引入蠶絲蛋白,設(shè)計(jì)了一種可光固化3D打印的聚丙烯酰胺/聚丙烯酸水凝膠體系,具有高機(jī)械強(qiáng)度,可調(diào)粘附性能,優(yōu)異的保水性能,以及具有良好的生物相容性能,從而實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)其對運(yùn)動(dòng)信號的實(shí)時(shí)、高效監(jiān)測與識別。

該文章系統(tǒng)性研究了不同單元含量對于水凝膠力學(xué)性能,粘附性能的影響,并系統(tǒng)性解釋了其影響機(jī)理;系統(tǒng)性闡述水凝膠的粘附機(jī)理,同時(shí)揭示了不同表面微觀結(jié)構(gòu)對粘附性能的影響;解釋了水凝膠保水性的意義以及對長期使用性能的影響;闡釋了水凝膠高機(jī)械強(qiáng)度,高粘附性能,優(yōu)異的保水性能,生物相容性能對其傳感靈敏性、穩(wěn)定性與可靠性的作用機(jī)理。

該研究為利用3D打印多功能水凝膠開發(fā)可穿戴應(yīng)變傳感器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)與健康檢測提供了全新視角。該研究工作以“3D Printed Silk Fibroin-Based Hydrogels with Tunable Adhesion and Stretchability for Wearable Sensing"為題,發(fā)表在國際著名期刊《Advanced Functional Materials》上。新加坡南洋理工大學(xué)王一凡教授(Nanyang Assistant Professor)為論文的通訊作者,博士生吳坤霖為論文的第一作者。



圖1. 介紹了DLP 打印SF-PAAm/PAAc水凝膠的材料,打印方法,以及打印樣品。




圖2. 介紹了DLP 打印SF-PAAm/PAAc水凝膠的力學(xué)性能。




圖3. 介紹了DLP打印SF-PAAm/PAAc水凝膠的粘附性能。




圖4. 介紹了DLP打印的 SF-PAAm/PAAc 水凝膠傳感器的傳感能力。




圖5. 介紹了DLP打印的10通道水凝膠系統(tǒng)對PIP和MCP關(guān)節(jié)的信號采集。




圖6. 介紹了打印的10通道水凝膠系統(tǒng)對不同數(shù)字手勢下PIP和MCP關(guān)節(jié)的信號采集。