BB娱乐平台登录艾弗森《Small Methods》一种受皮肤启发的温度

　　皮肤作为最大的器官，可以防止异物侵入身体，有助于维持正常的生理功能。皮肤具有优异的物理化学性质，如强机械性能、自修复性能和分解性能。优异的机械性能赋予皮肤灵活性和拉伸性，防止身体受到机械损伤（如摩擦、挤压）。当皮肤受损时，它可以在几天内愈合和恢复，自我修复后也可以实现同样的功能。此外，身体死亡后，皮肤组织逐渐退化，有利于减少污染，促进自然物质的循环。此外，皮肤具有重要的温度和应力传感功能。温度传感功能使皮肤能够感知外部温度的变化；压力感应功能使皮肤能够感应到不同的压力刺激，如按压、触摸和轻轻摩擦。因此，模拟皮肤的感觉功能和物理化学特性对开发新一代可穿戴生物电子设备具有重要意义。

　　基于各种智能软材料的可穿戴生物电子设备已被开发出来，以模拟人类皮肤优异的物理化学性能（自修复、分解、机械性能）和传感功能（温度和应力）。水凝胶材料主要由渗透有水的生物大分子网络组成，具有与皮肤相似的生理和力学性能（如柔韧性、自愈性、感知性等），是模拟皮肤各种性质和功能的理想材料。为这项研究开发了多种智能水凝胶材料，并在可穿戴设备、个人医疗保健和人机界面领域显示出有前景的应用。尽管已报道的水凝胶能够模拟人类皮肤的温度和应力感知功能，但它们大多表现出窄的温度响应范围、低的传感灵敏度和弱的机械强度。特别是，它们缺乏人类皮肤的物理化学特性，包括自我修复、分解和自粘特性。因此，开发一种具有自粘附性、自修复性、可分解性和优异力学性能的高灵敏度温度应变双传感多功能水凝胶，用于模拟皮肤的多种物理化学性质和感官功能，具有紧迫性和重要意义。

　　聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）和聚（N-丙烯酰甘酰胺）（PNAGA）分别是低临界溶液温度（LCST）和高临界溶液温度的热敏材料。在低温下，PNAGA之间形成多个氢键，PNIPAm中疏水基团之间的其他氢键被破坏，而在高温下，PNIPAm中的疏水基团之间形成疏水聚集效应，PNAGA之间的多个氢键被破坏。目前，基于NAGA和NIPAm制备温度敏感水凝胶的方法有四种，即溶胀双网络、自组装交联、嵌段共聚和纳米球凝胶。在我们的第一份报告中，将NIPAm预聚合，然后通过PNIPAm和NAGA的自组装聚合获得具有高拉伸性和可愈合性的可调节双温敏水凝胶。在我们的后续研究中，聚合的PNAGA在NIPAm溶液中反复溶胀和聚合，以获得具有强机械和自修复性能的温度敏感凝胶。然而，上述几种方法都是两步制备热敏水凝胶，先聚合一种热敏单体，然后引入另一种热敏单体，而简单方便的一步共价交联方法尚未报道，这可能归因于通过一步共价交联策略制备的水凝胶通常具有较差的机械性能。此外，以NAGA和NIPAm为单体，通过共价交联法制备的热敏凝胶将失去透光率随温度变化的现象，导致无法反映温度敏感效应。其次，在PNAGA含量高的情况下，由于PNAGA之间在高温下大量的氢键离解，动态二硫键（S─S） DMA测试中隐藏了交换，这导致含有二硫化物交联剂的凝胶的热敏行为主要是由PNAGA和PNIPAm之间的氢键离解和形成引起的。事实上，二硫键的交换对凝胶的热敏行为有很大影响，但从未发现有利的证据。最后，通过上述方法制备的温敏水凝胶在性能方面仍然存在很大的缺点，导致温敏凝胶在实际应用中很困难，如温度响应范围窄、温度响应灵敏度低、没有粘附性能、没有分解性能等。因此，用一种简单的制备方法制备新型热敏凝胶，对验证热敏凝胶的新机理，提高热敏凝胶的性能，拓展热敏水凝胶的应用具有重要意义。

　　1. 本工作基于通过动态RS-Ag相互作用增强的简单方便的一步共价交联方法，开发了一种具有理想物理化学性质（包括高拉伸性、自粘附性、自修复性、分解性和可移除性）的皮肤启发的多功能导电水凝胶，用于高度灵敏的温度和应变双重传感。

　　2. 所制备的水凝胶表现出极高的机械性能（最大拉伸强度为0.35 MPa，断裂伸长率接近1800%，压缩应力超过4.43 MPa）、优异的自修复性（96.82%（应力）、88.45%（温度）、73.89%（机械性能）），分解（分解后的分子量低于700）和自粘合（增强与材料界面的接触）。

　　3. 这种导电水凝胶还可以同时实现高灵敏度的温度传感（TCR：10.89）和应力传感（GF：1.469）。

　　图6. A） PNAGA/PNIPAm/AgNW-4水凝胶每10°C的相对电阻变化从5°C增加到95°C。B） PNAGA/PNIPAm/AgNW-4水凝胶在不同温度下相对电阻变化的稳定性。C） PNAGA/PNIPAm/AgNW-4水凝胶每0.1°C的相对电阻变化从36°C增加到37°C。D） 凝胶拉伸的线性拟合曲线。E） PNAGA/PNIPAm/AgNW-4水凝胶在不同拉伸速率（25%、50%、75%、100%和125%）下电阻变化的稳定性。F） 拉伸和释放过程中每5%长度的瞬时电阻变化。G） PNAGA/PNIPAm/AgNW-4水凝胶的拉伸阻力循环曲线. A） PNAGA/PNIPAm/AgNW-4水凝胶在可愈合前后的拉伸应力-应变曲线和B）I–V曲线；水凝胶在愈合前后的电阻变化C）；D） 拉伸不足，释放率为5%；E） 在不同拉伸速率的循环拉伸下；F） 在20%的循环拉伸下。

　　图8. 水凝胶电子皮肤温度传感功能的应用。水凝胶用于感测不同环境（A）烤箱、B）室温和C）冰箱的温度。不同的环境温度（D）烘箱、E）室温和F）冰箱）以及水凝胶电子皮肤的相应电阻值。G） PNAGA/PNIPAm/AgNW-4水凝胶从25（室温）加热到60°C时的电阻变化。H） PNAGA/PNIPAm/AgNW-4水凝胶从60°C（室温）冷却后的电阻变化。

　　图9. 仿生电子皮肤应力传感功能的应用。PNAGA/PNIPAm/AgNW-4水凝胶用于模拟A）感应皮肤触摸、B）轻柔揉捏和C）按压的状态。将PNAGA/PNIPAm/AgNW-4水凝胶附着在人类皮肤上，直到温度稳定，用于监测D）手腕弯曲、E）握拳和F）肘部弯曲。

　　图10. PNAGA/PNIPAm/AgNW-4水凝胶在室温下用玻璃瓶反复压制的照片（a）和相应的电阻变化（B）。用手指反复按压PNAGA/PNIPAm/AgNW-4水凝胶的照片（C）和相应的电阻变化率（D）。