甲壳素纳米晶稳定的Pickering乳液模板化水凝胶：多模态传感与力学性能协同增强新策略

针对传统水凝胶机械性能不足和传感灵敏度低的问题，研究人员通过ChNC（甲壳素纳米晶）稳定的Pickering乳液模板法，构建了含p(TMPTA)微球的双交联复合水凝胶。该材料拉伸强度达676 kPa、伸长率600%，离子导电性显著提升，为可穿戴传感器的大应变探测提供了新方案。

　　

研究背景与意义
水凝胶作为柔性传感器的核心材料，在生物电子学和可穿戴设备领域备受关注。然而，单一聚合物构建的水凝胶常面临机械强度低（如传统PVA水凝胶仅350 kPa）、抗疲劳性差等瓶颈。尽管引入纤维素纳米晶(CNC)或化学交联可部分改善性能，但微球增强水凝胶的制备流程复杂，需多步表面修饰。甲壳素纳米晶(ChNC)因其高比表面积和丰富羟基成为理想增强体，但如何通过简易工艺将其与微球协同整合至水凝胶网络仍是挑战。

研究方法与技术路线
研究团队采用ChNC稳定的水包油Pickering乳液为模板，通过光交联将TMPTA单体聚合成微球，直接与PVA/硼砂溶液混合，经冷冻-解冻(F-T)循环构建双交联网络。关键技术包括：ChNC的酸解制备与表征（TEM显示尺寸228.2±20 nm）、Pickering乳液模板化微球合成、动态流变学分析交联密度，以及拉伸测试与电导率测量评估传感性能。

研究结果

1. 材料制备与表征
   TEM证实ChNC呈棒状（直径21.6±3.0 nm），表面磺酸基修饰增强亲水性。乳液模板法成功制备ChNC包裹的p(TMPTA)微球，粒径可通过ChNC含量调控（0.5-2.0 wt%）。

2. 双交联网络构建
   物理交联源于PVA结晶，化学交联通过硼酸酯键(B-O-C)连接PVA链与ChNC微球。FTIR证实1710 cm^?1处酯键特征峰，DSC显示微球使结晶度从38.2%降至29.7%，提升延展性。

3. 力学与电学性能
   含2.0 wt%微球的水凝胶拉伸强度达676 kPa（较空白样提升93%），断裂伸长率600%。体积排斥效应使离子电导率提高47%，应变灵敏度系数(GF)达2.1，可稳定监测人体关节运动。

结论与展望
该研究首创以ChNC-Pickering乳液模板化微球增强水凝胶，通过物理-化学双交联协同机制突破力学-电学性能平衡难题。微球同时充当增强体与塑化剂，其体积效应优化了离子传输路径。成果为开发高精度柔性传感器提供新范式，发表于《Carbohydrate Polymers》的这项工作，也为多糖基功能材料设计开辟了绿色工艺路径。未来可探索微球负载药物实现诊疗一体化应用。