耐受极端环境水凝胶传感器“编织”成功

(资料图)

记者26日从复旦大学获悉，该校未来信息创新学院教授张荣君团队和复旦大学附属口腔医院主任医师韦晓玲团队，从竹篮编织的过程中获得启发提出逐步氢键调制策略，高效实现了水凝胶传感性能、环境耐受性和生物相容性的综合增强，为相关水凝胶性能调控提供了新思路，有望推动水凝胶传感器在体内/体外监测、人机交互等领域的广泛应用。相关研究成果发表在最新一期《先进功能材料》上。

在极端环境中，柔性传感器能大大拓展人类感知信息的边界，成为守护安全的“科技护盾”。水凝胶传感器是一类颇具代表性的柔性传感器，凭借其出色的柔韧性、可调制的物化性能和稳定的生物兼容性，能够可靠地将外界的拉伸、压力、温度等变化转换为可被探测的信号。但在极端环境下，水凝胶性能易出现下降。如何在保证综合性能不受损害的前提下，高效调制增强水凝胶性能，是当前研究亟须解决的问题。

得益于竹条的多组分集成及独特编织过程，竹篮具备出色的功能性。受此启发，研究团队提出了一种水凝胶调制策略，并阐释了逐步氢键调制的详细机制。该调制策略就是将聚乙烯醇、氧化羧甲基纤维素钠和明胶多组分构成的水凝胶中每个细小微区视为“竹条”。在制备过程中，研究人员先通过氯化镁的盐溶效应削弱氢键，将“竹条”分散；再利用定向冷冻，构建稀疏交联的“框架”；最后通过柠檬酸钠的盐析效应，将框架缠绕形成“竹篮”般均匀、致密交联的水凝胶。

基于该策略，研究团队能够在生物相容的低离子盐浓度下，实现水凝胶性能提升，匹配极端环境下的使用需求。同时，实验表明在生物体内植入4周后，该水凝胶依旧展现出优异的相容性。

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