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传统导电水凝胶在极端环境下存在冻结、蒸发等问题，影响其应用。研究人员合成了 TG/P-LP-Gl 有机水凝胶。该水凝胶具有高拉伸性、自粘性等特性，能实时监测人体运动，为极端环境下的传感器应用提供了新方案。
在可穿戴设备飞速发展的当下，导电水凝胶凭借出色的拉伸性、自粘性和生物相容性，在可穿戴应变生物传感器、电子皮肤等领域备受瞩目。它就像人体与电子设备之间的桥梁，能将人体的各种动作、生理信号转化为可检测的电信号。然而，传统导电水凝胶以纯水为分散介质，在极端环境下就像脆弱的花朵。高温时，水分快速蒸发，水凝胶干裂；低温时，水分冻结，失去弹性和导电性。即便在常温下，水分也会慢慢流失，缩短其使用寿命。这些问题极大地限制了导电水凝胶在复杂环境中的实际应用，比如在寒冷的户外或炎热的工业环境中，相关设备就难以稳定运行。因此，研发一种兼具高导电性、强韧性、高粘附性、良好生物相容性和极端环境耐受性的新型导电水凝胶迫在眉睫。
为了解决这些难题，国内的研究人员开展了深入研究。他们成功合成了一种高度可拉伸、自粘、生物相容、耐极端温度的双网络导电 TEMPO 氧化纤维素纳米纤维 - 石墨烯 / 聚丙烯酰胺 - 聚丙烯酸 - 聚多巴胺 - 甘油（TG/P-LP-Gl）有机水凝胶。这一成果意义重大，为极端环境下的传感器应用提供了极具潜力的解决方案，有望推动高性能、低成本、环保的可穿戴生物传感器的发展，在医疗健康监测和人机交互技术领域开拓新的局面，相关研究成果发表在《Carbohydrate Polymers》上。
研究人员在实验过程中主要采用了化学和物理双交联技术来制备 TG/P-LP-Gl 有机水凝胶。利用层状硅酸盐纳米粘土 Laponite 溶解产生的碱性环境，促进多巴胺（DA）的原位氧化，从而构建起有机水凝胶的网络结构。
下面来详细看看研究结果：
- 形成机制和形态：TG/P-LP-Gl 有机水凝胶通过化学和物理双交联的双网络制备而成。Laponite 溶解产生碱性溶液（pH 8.5），这种碱性环境有助于 DA 的原位氧化，进而构建起稳定的水凝胶网络结构。
- 性能测试：甘油与水之间的强氢键相互作用抑制了冰的形成，防止了水分蒸发，使有机水凝胶在极端环境下能保持长期稳定。当甘油含量为 50% 时，该有机水凝胶展现出良好的拉伸强度（110.3 kPa）、压缩强度（2.64 MPa）和粘附强度（29.7 kPa），在 - 20°C 和 70°C 的环境下仍能保持这些性能。这表明它在不同温度环境下都具有出色的稳定性和可靠性。
- 应用测试：该有机水凝胶还可用于实时监测人体运动，应变系数（GF）达到 15 左右。无论是大幅度的手指、肘部运动，还是细微的面部表情、言语活动，它都能精准捕捉并转化为电信号，展现出在可穿戴生物传感器领域的巨大应用潜力。
研究结论表明，成功制备的 TG/P-LP-Gl 有机水凝胶具备多种优异性能，在极端环境下稳定性良好，能有效监测人体运动。这不仅为可穿戴生物传感器在复杂环境下的应用提供了新的材料选择，也为未来开发高性能、低成本、环保的可穿戴设备开辟了新方向。它有望在医疗健康领域大放异彩，实现对人体健康更精准、更便捷的监测；在人机交互方面，也能让设备与人体的互动更加自然、高效。随着研究的不断深入，这种有机水凝胶可能会在更多领域得到应用，为相关产业带来新的发展机遇。
