《JMCC》：柔性可穿戴，持久湿润且可自愈合的MXene纳米复合有机-水凝胶皮肤传感器
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【研究背景】
近年来，因为在电子皮肤、软机器人和人机界面等方面的潜在应用，柔性可穿戴式表皮传感器引起广泛的研究兴趣。其中，导电水凝胶型表皮传感器因其具有良好的延展性、可调的传导通道和类似组织的柔韧性而被广泛应用。然而，导电水凝胶型表皮传感器在室温下不可避免地面临着水分蒸发损失的挑战，这严重阻碍了其在室温下的长期应用。同时，导电水凝胶型表皮传感器需要额外的胶粘带，用于皮肤和人体的连接。因此，在实际应用中操作过程比较复杂。所以，开发具有可靠的自粘性、持久的保湿性能和良好的自愈能力的导电水凝胶型表皮传感器是非常必要的。近年来，通过在水凝胶中引入有机溶剂，已经成功地建立了具有长期稳定性的湿性有机水凝胶。同时，在水凝胶聚合物网络中加入导电聚合物、金属纳米线和碳基纳米材料等导电填料可以提高水凝胶的导电性。MXene是一种二维（2D）无机材料，由于其在电化学储能和电磁干扰屏蔽中高的比表面积，优异的亲水性和良好的导电性，已被广泛探索。其可以作为一种有吸引力的导电填料，用于制备具有改善的机械性能和导电性能的长寿命、湿润、导电纳米复合有机水凝胶。
【成果简介】
近期，北京化工大学贾晓龙博士和万鹏博博士在国际知名学术期刊Journal of Materials Chemistry C上发表一篇题目为：A wearable, self-adhesive, long-lastingly moist and healable epidermal sensor assembled from conductive MXene nanocomposites的研究论文，提出了一种自粘的、可治愈的、持久湿润的MXene纳米复合有机水凝胶，用于组装粘合、自愈和非干燥的表皮传感器。通过将具有高比表面积，可靠的亲水性和良好电导率的导电填料MXene纳米片与用甘油/水二元溶剂作为分散介质的Alg-DA，Alg-PBA和PAAm的聚合物网络相结合，制备出可粘合，可修复且不干燥的MXene纳米复合有机水凝胶。所得的MXene纳米复合有机水凝胶具有良好的自愈能力、较强的自粘性能和10天的持久保湿性。MXene纳米复合有机水凝胶可用于人体全方位运动生物监测，包括手指弯曲、手腕弯曲、呼吸和脉搏等大大小小的运动。同时，表皮传感器通过与无线发射器的连接，可以对人体活动进行无线监控。
【图文导读】
图1.自粘、可愈合、持久湿润的MXene纳米复合有机水凝胶的制备原理图。
图2. MXene纳米片的合成与表征。
图3. MXene纳米复合有机水凝胶的保水性。
图4.MXene纳米复合有机水凝胶的自愈性。
图5.MXene纳米复合有机水凝胶的自粘性能。
图6.用于大规模和微小人体运动监测的MXene纳米复合有机水凝胶的照片。
图7.MXene纳米复合有机水凝胶通过无线通信对手指弯曲进行远程监测。
【本文总结】
综上所述，本文证明了MXene纳米复合有机水凝胶具有自粘、不干燥和自愈合的表皮传感器。以甘油/水二元溶剂为分散介质，将导电填料MXene纳米片网络引入聚合物网络中，制备了MXene纳米复合有机水凝胶。MXene纳米复合有机水凝胶中水和甘油之间的强氢键阻碍了水的蒸发，从而导致了MXene纳米复合有机水凝胶的长期保湿(10天)。
文献链接：
https://dx.doi.org/10.1039/c9tc05575d.