重新水合的层压组装水凝胶：一种用于可扩展且可定制的多功能传感器系统的通用平台

《Journal of Materials Chemistry A》：Rehydrated laminate-assembled hydrogel: a universal platform for scalable and tailorable multifunctional sensor systems

1.本研究提出一种可持续制造策略，通过使用可生物降解的KSD复合物封装多功能材料制成预干燥薄膜，经快速复水与层压组装形成多功能水凝胶传感器。该技术实现了钙离子与 alginate 羧酸基团形成的金属-配体键（1.5分钟达0.57MPa粘接强度），支持模块化组装以定制化满足不同应用场景需求，同时延长产品寿命。

　　

水凝胶传感器在柔性可穿戴设备等领域具有巨大的应用潜力。然而，水凝胶传感器仍面临一些挑战，包括工艺的可扩展性、长期存储的便利性、针对不同应用场景的定制化以及模块化功能化的易用性。在这项研究中，报道了一种可持续的制造策略，用于快速重新水化预先制备的多功能凝胶干膜，并通过模块化组装形成多功能多层水凝胶设备。首先，利用从可再生资源中提取的完全可生物降解的生物质多糖包覆复合材料——魔芋葡甘露聚糖/海藻酸钠/多巴胺（KSD），分别包裹各种功能材料，然后将其干燥以形成不同功能的水凝胶干膜的预制部件。在设备应用过程中，通过凝胶重新水化和水触发的水凝胶层间金属-配体螯合键合，可以根据应用需求快速方便地组装出个性化的模块化功能化水凝胶设备，同时最大限度地减少材料浪费。水凝胶层之间的键合是通过溶液中钙离子与海藻酸钠中的羧酸基团之间的金属-配体键形成的，这使得层间键合强度在仅1.5分钟后达到0.57 MPa。此外，还制备了一种KSD包裹的各向异性柔性热塑性聚氨酯/MXene（TPU/MXene）导电凝胶干膜，并通过凝胶干膜的快速重新水化和层压技术组装出了多层各向异性水凝胶柔性传感器。这种多层复合水凝胶能够通过多种信号准确识别复杂的变形，如曲面运动，这是普通传感器难以实现的。此外，基于模块化组装的圆形设计原理，可以在柔性导电传感层上方便地集成抗菌功能层。使用微流控和马赛克包覆方法制备的pH响应性抗菌膜ZIF-8/黄酮类化合物/KSD表现出良好的生物相容性和抗菌性能。本文提出的快速重新水化和层压预先制备的功能干膜部件以进行定制化模块化组装的策略，将实现柔性水凝胶传感器预制部件的资源高效、可扩展的批量制造，并通过按需的功能升级延长产品寿命，从而加速可持续可穿戴技术的发展。