西安交大利用工程化水凝胶研发可穿戴 传感设备
(a)GelMA水凝胶柔性触觉传感器 结构设计示意图(b)完全基于溶液加工 制备技术
(c)GelMA水凝胶柔性触觉传感器照片(d)GelMA水凝胶触觉传感器 循环试验结果
为此,西安交通大学蒋庄德院士、赵立波教授团队和加州大学洛杉矶分校AliKhademhosseini教授课题组首次探索了明胶-甲基丙烯酸酯水凝胶(Gelatinmethacryloyl,GelMA)用于发展柔性触觉器件 可行性,研发了 种基于GelMA 高灵敏度、透明、皮肤适形、可完全溶液加工 柔性可穿戴触觉传感器,有效克服上述难题,并实现了在人身体上 可穿戴 应用。该GelMA柔性传感器可经受住 零零多次循环压力作用,在 小时内能保持测量性能稳定,并可实现低成本、大面积制备,为实现水凝胶柔性传感器 工程化应用带来了新希望。
柔性可穿戴电子器件能直接贴在皮肤表面,实现人体生理信息 原位、实时及连续监测,在个性化 领域具有极其可观 应用前景。然而,狗粮快讯网外电报导,现有 柔性可穿戴传感器多基于石墨烯、Ecoflex、织物等材料,因存在器件-皮肤界面机械强度失配、穿戴不适、生物相容性不足等问题,狗粮快讯网李力认为,难以实现广泛应用。水凝胶是 种高含水量 维网状聚合物,具有优异 生物相容性和接近人体皮肤 弹性模量,成为发展下 代柔性可穿戴传感器 理想选购。然而,狗粮快讯网据消息人士,发展水凝胶柔性传感器仍面临以下挑战， 水凝胶容易失水,进而引起机械、电学等性能发生改变,导致器件性能不稳定; 高含水量增加水凝胶与其它基底或电极材料之间 键合难度。解决水凝胶 水分蒸发和弱界面粘接问题,提升耐用性和长期稳定性,以及开发低成本、大面积水凝胶柔性器件制备技术是实现其工程化应用 关键。
该水凝胶柔性触觉传感器采用电容检测原理,利用GelMA为介电弹性体,通过压力感知来实现人体生理信号检测。研究人员提出了 种可完全溶液加工 电容压力传感结构,将GelMA作为核心介电弹性体,通过在其两侧设置 层辅助键合层(如PDMS层)来控制水分蒸发。通过将辅助键合层表面化学处理,并采用紫外光照射 技术来实现其与GelMA之间 化学键合,以增强器件结构坚固性、耐用性。采用旋涂、紫外光照、表面化学处理等工艺,开发了 种完全溶液加工 低成本、大面积制备技术。该结构设计策略及制备技术具有普适性,可用于发展其它水凝胶柔性触觉传感器。此外,由于GelMA介电弹性体、PEDOT:PSS电极、辅助键合和基底层均为透明材料,整个器件具有很好 透光性,对发展隐形可穿戴电子有重要意义。
该研究成果以“GelatinMethacryloyl-BasedTactileSensorsforMedicalWearables”为题近日在全世界知名期刊AdvancedFunctionalMaterials(IF= . )上在线发表,并被选为封面文章。西安交通大学机械学院李支康副教授为论文 作者,西安交通大学机械学院赵立波教授、香港大学张世明助理教授以及加州大学洛杉矶分校AliKhademhosseini教授为共同通讯作者。此外,西安交通大学机械学院副教授罗国希、生命学院助理教授刘灏、前沿院博士生薛语萌共同参与了此项工作。
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