基于黄原胶增强的纳米复合导电水凝胶（SiO2 @PDA-Fe/MXene/XG/PAM）在可穿戴传感器与智能畜牧监测中的应用研究

研究人员针对传统导电水凝胶粘附性差、迟滞性高的问题，通过聚多巴胺（PDA）封装SiO2 并负载Fe3+ ，结合MXene和黄原胶（XG），开发出兼具高拉伸性（1680%应变）、自粘附、抗菌及光热特性的多功能水凝胶传感器。该传感器灵敏度（GF=3.14）和稳定性优异，成功应用于人体运动监测和母猪压仔预警，为智能医疗与畜牧监测提供了创新解决方案。

　　

背景与挑战
在柔性电子和智能监测领域，导电水凝胶因其优异的机械性能和生物相容性成为研究热点。然而，现有材料面临粘附性不足、动态响应迟滞等瓶颈，尤其在复杂环境（如人体关节运动或畜牧场景）中易失效。例如，传统传感器无法稳定贴合皮肤，导致生理信号采集失真；畜牧业中，母猪压死仔猪的问题缺乏实时监测手段。这些痛点催生了对多功能水凝胶的迫切需求。

研究设计与方法
吉林省科技计划项目支持的研究团队提出了一种创新策略：利用聚多巴胺（PDA）的自聚合特性，将二氧化硅（SiO₂
）封装并与Fe³⁺
结合，形成SiO₂
@PDA-Fe纳米颗粒。通过一锅法将聚丙烯酰胺（PAM）、黄原胶（XG）、MXene和上述纳米颗粒复合，构建多网络结构水凝胶。关键技术包括纳米颗粒原位合成、MXene导电网络构建及XG-PAM协同增强。实验采用模拟压仔模型和志愿者运动测试验证性能。

研究结果

1. 材料特性：水凝胶展现出1680%的超高拉伸应变，GF值达3.14，2500次循环后性能稳定。PDA和Fe³⁺
   的螯合作用赋予其强粘附性，MXene则提升导电性与光热转换效率。
2. 生物相容性：无细胞毒性且抗肿胀，适用于长期穿戴。XG的双螺旋结构显著增强机械回弹性。
3. 应用验证：作为应变传感器可精准捕捉人体关节运动；作为ECG/EMG贴片实现稳定信号采集；压力传感器成功预警模拟母猪压仔行为，误差率低于5%。

结论与意义
该研究发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，首次将SiO₂
@PDA-Fe/MXene/XG/PAM水凝胶同时实现高传感性能与畜牧监测创新应用。其光热抗菌特性扩展了医疗场景适用性，而低成本的一锅法工艺具备产业化潜力。未来可进一步优化信号传输算法，推动智慧农业与远程医疗发展。