用于稳健柔性可穿戴传感器的双网络结构导电水凝胶研究

本文报道了一种通过原位还原法将银纳米颗粒（AgNPs）嵌入聚乙烯吡咯烷酮（PVP），并与聚乙烯醇（PVA）和木质素磺酸钠（LS）交联制备的双网络导电水凝胶（Ag@P&PL）。该水凝胶具有优异的机械性能、疲劳耐受性和抗菌性（对大肠杆菌抑制率99.9%，金黄色葡萄球菌95.8%），其导电网络基于游离离子与AgNPs的协同作用，在30%应变下经1000次拉伸仍保持稳定灵敏度，成功应用于人体多部位运动监测，为柔性电子和可穿戴传感技术提供了创新材料平台。

　　

亮点

材料与制备

木质素磺酸钠（45-50%）、柠檬酸钠（98%）、聚乙烯醇（PVA，1799型，醇解度98-99%）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP，平均分子量58000，k29-32）由上海阿拉丁试剂有限公司提供。硝酸银（分析纯）和硝酸（68%）由天津科密欧化学试剂有限公司提供，金黄色葡萄球菌（ATCC 25923）、大肠杆菌（ATCC 43894）、LB琼脂和PBS缓冲液购自广东环凯公司。

制备与表征

图1系统展示了Ag@P&PL水凝胶的合成过程与结构特征。制备过程中，柠檬酸钠作为还原剂将Ag⁺离子还原为银纳米颗粒（AgNPs），而PVP同时发挥双重作用：既作为温和还原剂参与还原过程，又作为高效分散剂防止AgNPs聚集。随后，将均匀分散的Ag@PVP混合物引入含PVA和LS的溶液体系，通过物理交联与氢键作用构建双网络结构。

结论

本研究通过PVP、PVA和LS的化学与非共价交联反应，成功合成具有优化结构的双网络导电Ag@P&PL水凝胶。该双网络结构赋予水凝胶优异的机械性能与抗疲劳特性。通过原位还原法引入的AgNPs显著增强了材料多功能性，实验表明Ag@P&PL水凝胶在柔性电子与健康监测领域具有重要应用潜力。