吉大林权教授课题组AFM：仿肌肉结构且具有各向异性的MXene导电水凝胶的制备及在生物传感器方面应用

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导电水凝胶作为柔性电子器件，不仅具有独特的吸引力，而且满足了机械柔性和智能传感的基本需求。如何赋予传统均质导电水凝胶和柔性传感器各向异性和广泛的应用温度范围仍然是一个挑战。

近日，吉林大学超分子国家重点实验室林权教授课题组通过定向冻结的方法制备具有各向异性的MXene导电水凝胶，其灵感来自于肌肉的有序结构。由于MXene导电水凝胶的各向异性，其力学性能和导电性在特定方向上得到增强。通过溶剂置换的方法，赋予导电水凝胶较宽的耐温范围为-36°C至25°C。因此，受肌肉启发的MXene导电水凝胶具有各向异性和耐低温性，可作为可穿戴柔性传感器和3D传感阵列（图1）。

图1. PMZn-GL水凝胶的合成方法及其在可穿戴柔性传感器和三维传感器阵列中的应用。

图2. a)溶胶-凝胶转变。b)导电水凝胶横截面的SEM图像。c)SEM图像的俯视图。d)MXene导电水凝胶在平行和垂直网络方向的存储模量和损耗模量。e)拉伸应力-应变曲线。f)压力-应变曲线。g)电导率。

通过冻融和定向冷冻相结合的方式，制成MXene导电水凝胶。通过扫描电镜（SEM）观察水凝胶的结构，发现所制备的导电水凝胶具有有序的取向性，水凝胶结构为有序的网络。后续对MXene导电水凝胶的各向异性进行研究，通过流变、拉伸、压缩、电导率这四个方面进行研究讨论。他们发现沿水凝胶网络方向的各项数据均优于垂直于水凝胶网络的，说明所制备的MXene导电水凝胶具有独特的各向异性（图2）。这项研究为设计可穿戴柔性传感器提供了一种新的策略。

图3. a)可穿戴柔性传感器监测人体动作，通过无线通信传输，向手机发送传感信号。b)手指弯曲的不同，通过无线技术在手机上显示变化。

在前期工作基础上，由林权教授带领的研究团队将上述得到的导电水凝胶制备的可穿戴传感器通过与无线技术的相结合，得到了具有运动监测功能的设备（图3）。将之前所采集的手指传感信号进行分析，通过计算机程序处理后和无线技术的传输，在手机上实现图片随着采集到的信号发生改变，从而实现了运动监测。该工作为人机界面兼容性和医疗监测方面提供了新的思路。

以上相关成果以题为Muscle-Inspired MXene Conductive Hydrogels with Anisotropy and Low-Temperature Tolerance for Wearable Flexible Sensors and Arrays发表在《Advanced Functional Materials》上。吉林大学超分子国家重点实验室硕士生冯钰斌为论文的第一作者，通讯作者为林权教授，共同通讯作者为申春教授与博士后赵月。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202105264

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