双交联液态金属-纤维素水凝胶协同导电网络构建及其在多模态可穿戴生物传感中的应用

为解决传统柔性传感器材料在机械性能、信号稳定性和生物相容性方面的不足，研究人员通过将羧甲基纤维素钠（CMC）、聚丙烯酰胺（PAM）与液态金属（LM）协同整合，开发出具有双交联网络的CMC-PAM-LM水凝胶。该材料兼具动态配位（Ga3+-COO-）与共价交联机制，展现出114.81 kPa断裂应力、778.24%应变和0.63 S/m电导率，并实现运动追踪、汗液分析及信息加密等多模态传感功能，为高性能可穿戴电子器件提供了新范式。

　　

随着智能电子设备的爆发式增长，可穿戴传感器面临严峻挑战：传统无机半导体虽导电性优异，却难以承受人体运动中的复杂形变；而柔性聚合物复合材料又常因导电填料与基质的力学失配，导致界面剥离和信号漂移。液态金属（LM）因其独特的液固双相特性成为破局关键——既能像液体般适应形变，又能通过表面氧化形成动态配位键。然而，如何将LM与环保基质结合，实现性能协同仍是未解难题。

福建师范大学的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表研究，创新性地将镓铟共晶液态金属（EGaIn）与羧甲基纤维素钠（CMC）/聚丙烯酰胺（PAM）网络复合，通过双重交联策略破解了这一难题。他们采用超声分散制备LM悬浮液，结合自由基聚合构建共价网络，同时利用Ga³⁺与CMC羧基的动态配位形成可逆物理交联。通过流变学测试、电化学阻抗谱和循环拉伸实验等系统表征，揭示了材料的多尺度协同机制。

合成与表征：研究显示，2.5 wt% LM含量时，材料达到性能最优平衡——断裂应力较纯水凝胶提升8倍，电导率较离子型水凝胶提高2个数量级。LM纳米液滴不仅作为导电通路，其表面Ga³⁺与CMC的配位更使能量耗散效率提升47%。

功能验证：在手指弯曲监测中，传感器表现出30 ms快速响应和0.995线性度；作为汗液传感器时，对抗坏血酸的检测限达0.21 μM；通过莫尔斯电码加密实验，证实了其在信息安全领域的潜力。

该研究开创性地将生物基材料与液态金属结合，突破了柔性电子器件中“高灵敏-高韧性”不可兼得的困境。其提出的动态配位-共价双交联策略，为开发环境友好型电子皮肤、智能医疗监护设备提供了新思路，标志着可穿戴技术向多功能集成化迈出关键一步。