仿贻贝结构的多功能羧甲基纤维素基导电水凝胶：用于水下应用的可穿戴应变传感器

《ACS Applied Polymer Materials》：Mussel-Mimicking Multifunctional Carboxymethyl Cellulose-Based Conductive Hydrogel as a Wearable Strain Sensor for Underwater Applications

仿生海藻水凝胶通过整合聚丙烯酰胺、鞣酸、羧甲基纤维素和氨基碳纳米管，在钙离子交联下实现高延展性（500%）、自粘性、抗冻保湿及水下粘附特性，经测试可灵敏检测手指弯曲、手腕旋转等生理信号，并在-20℃水中仍保持导电性和信号传输能力。

　　

导电水凝胶因其在校正人体运动监测和健康检测应用中的巨大潜力，越来越多地被设计成可穿戴的应变传感器。然而，在单一水凝胶系统中整合多种理想特性仍然具有挑战性。此外，环境因素（如湿度和低温）常常会损害水凝胶传感器的功能，从而大幅限制其实际应用和价值。在这项研究中，我们通过原位聚合技术，将聚丙烯酰胺（PAM）、单宁酸（TA）、羧甲基纤维素（CMC）和氨基化碳纳米管（NH₂–CNTs）引入到一个统一的水凝胶网络中，开发出一种受贻贝启发的多功能CACa导电水凝胶。通过优化CMC的质量分数，并通过氯化钙（CaCl₂）溶液浸泡进行后续交联处理，所得水凝胶表现出优异的延展性、自粘性、保湿/抗冻能力、导电性以及水下粘附性能。作为一种自粘性的可穿戴应变传感器，CACa水凝胶无需外部辅助即可直接附着在人体皮肤上。它对各种生理信号（包括手指弯曲、手腕旋转、肘部运动以及说话时的喉咙振动）具有高灵敏度和快速响应能力。值得注意的是，这种柔性电子材料即使在零下温度和水环境中也能保持其功能。水凝胶的水下粘附性能使得在浸没状态下能够有效检测运动信号并传输信息。这项工作为开发先进的可穿戴传感器和水下监测设备提供了新的思路，显著扩展了多功能导电水凝胶的应用潜力。