多伦多大学刘新宇教授团队《iScience》综述：类皮肤水凝胶及其在可穿戴传感，软体机器人以及能量收集等方面的应用

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皮肤作为人体最大的器官，近年来为科学家设计新型可拉伸电子带来了诸多启发。通过精巧地设计并组合相关电子元器件及弹性体材料，研究人员已成功开发出诸如电子皮肤（electronic skin）等仿人体皮肤的电子设备，并在可穿戴电子，可穿戴康复机械人和软体机器人等领域展现了巨大的应用前景. 而以离子水凝胶为代表的软材料，由于其优异的生物兼容性，更加接近生物组织的机械和电学特性，目前吸引了大量研究精力投入其中，以便将其开发并集成到可穿戴传感，软体机器人等应用中，从而确保更安全，更智能的人机互动。

日前，多伦多大学刘新宇教授团队在 Cell Press 子刊 iScience上 总结并讨论了类皮肤水凝胶的研究进展。文章首先总结了目前水凝胶的增韧方法及原理，增加离子导电性的方法。文章随后描述了目前提高水凝胶锁水，抗冻和粘贴的若干策略。应用方面，文章主要介绍了目前离子水凝胶在可穿戴物理和化学传感，软体机器人柔性电极及可拉伸传感，和柔性自发电能量收集等方面的进展。最后，作者讨论了离子水凝胶存在的挑战和机遇， 包括多模态传感，新型加工制备方案，结合大数据和水凝胶离子计算的下一代智能，以及可拉伸的储能设备。

图1 人体皮肤示意图及类皮肤水凝胶目前的进展和应用总结

图2 双网络水凝胶的代表结构和他们的合成策略。

图3 基于导电聚合物的水凝胶

图4 新型导电凝胶

图5 水凝胶粘贴

图6 水凝胶生物机械传感器

图7 水凝胶温度传感器

图8 水凝胶生物化学传感器

图9 水凝胶多模态传感器

图10 基于离子凝胶的软体机器人

论文第一作者应斌斌博士曾在麦吉尔大学和多伦多大学联合培养，目前正在麻省理工学院机械工程系从事博士后研究工作。研究方向为ingestible bioelectronics and biosensors。

多伦多大学刘新宇教授为本文通讯作者。多伦多大学刘新宇教授团队长期致力于微纳和软体机器人学、柔性电子器件、微流控器件与系统等机理研究以及应用开发。该研究受到了加拿大自然科学和工程研究理事会和加拿大创新基金会的资助。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004221011421?via%3Dihub

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