高性能魔芋葡甘聚糖-κ-卡拉胶复合生物凝胶传感器的多功能传感研究

本文创新性地开发了一种基于魔芋葡甘聚糖(KGM)与κ-卡拉胶(KC)协同交联的多功能生物传感器，该传感器在温度(1.67%/°C)、湿度(三阶段线性响应)和应变(GF=2.54)检测中均表现出超高灵敏度，兼具优异机械性能(断裂伸长率>300%)和生物可降解性，为智能医疗监测和电子皮肤开发提供了环保解决方案。

　　

亮点

本研究成功开发了基于KGM/KC的超灵敏多功能生物传感器，其温度响应灵敏度达1.67%/°C，湿度检测呈现三阶段线性响应（0-40% RH时-89.75%/%RH），应变检测范围覆盖1-350%应变（GF=2.54），突破传统生物基凝胶传感器的响应极限。

材料与方法

实验采用分子量1.96×10⁵ Da的魔芋葡甘聚糖(KGM)与κ-卡拉胶(KC)构建三维网络，通过LiCl电离产生的Li⁺增强离子电导率。NaCMC的羧甲基(-COO^-)与多糖网络形成聚电解质复合物，显著提升湿度响应速度。

结构设计

如图1所示，KGM/KC与NaCMC通过氢键构建"砖-砂浆"式稳定结构，MXene纳米片通过静电作用强化网络，这种仿生设计使材料同时具备高机械强度（杨氏模量173.017±1.51 kPa）和优异导电性。

性能验证

在4-40°C范围内实现-15%至45%的线性温度响应；湿度检测中展现快速恢复特性（响应/恢复时间21s/14s）；人体运动监测实验显示>2000次循环稳定性，成功应用于呼吸监测和关节运动追踪。

结论

该生物凝胶传感器通过KGM/KC-NaCMC-LiCl多组分协同，首次实现温度-湿度-应变三重信号的高线性检测，其环境友好特性和穿戴舒适性为智能医疗监测提供了创新解决方案，推动下一代自适应生物电子器件发展。