许建雄教授课题组《International Journal of Biological Macromolecules》：基于氧化海藻酸钠共价桥接的明胶-聚丙烯酰胺的坚韧、自愈、粘接双网络导电水凝胶用于耐用的可穿戴传感器
导电水凝胶因其独特的物理和化学性质，在电子皮肤、能量存储设备和无线传感器等众多领域实现了广泛应用。尽管导电水凝胶具有巨大的潜力，但它们仍面临一些限制，例如较低的机械性能、缺乏自修复能力以及较差的界面粘附性。这些限制导致水凝胶难以承受外部应力，从而缩短了传感器的使用寿命，严重阻碍了它们的实际应用。因此，开发具有耐久性和粘附性的导电水凝胶对于推动可穿戴传感技术的发展至关重要。这涉及到两个关键目标：一是赋予水凝胶自修复特性，二是提升其机械强度。针对这一难题，湖南工业大学的许建雄团队提出了一种基于明胶-聚丙烯酰胺通过氧化海藻酸钠桥接形成的双网络导电水凝胶。这种水凝胶具备高韧性、自愈合性、粘附性，并且能够作为耐用的可穿戴传感器。相关成果“Tough, self-healing, adhesive double network conductive hydrogel based on gelatin-polyacrylamide covalently bridged by oxidized sodium alginate for durable wearable sensors”发表在2024年9月的International Journal of Biological Macromolecules《国际生物大分子杂志》期刊上。论文通讯作者是许建雄教授和余茂林讲师，第一作者是王增生。
开发一种既具有高机械强度和优异自愈合特性，又能够保持高导电性和强粘附性能的双网络导电水凝胶，同时确保这种水凝胶能够在各种环境条件下稳定工作，并将其有效集成到可穿戴传感器中，以实现对人体生理信号的灵敏监测和准确手势识别，这涉及到复杂的材料设计、精细的化学合成、以及对传感器性能的优化和机器学习算法的高效应用。研究团队采取了两步法的策略来制备这种水凝胶：首先合成OSA，然后通过席夫碱反应形成大的交联剂，最后在Ca2+的存在下通过热聚合形成所需的双网络导电水凝胶。通过这种方法，研究人员成功地制备出了具有优异综合性能的水凝胶，并将其应用于可穿戴传感器，展示了其在健康监测、人机交互和人工智能领域的应用潜力。
（a）水凝胶的示意图合成，（b）功能，（c）应用。
该工作利用氧化海藻酸钠（OSA）作为桥梁，通过席夫碱反应将明胶和聚丙烯酰胺网络结合起来，形成了一种具有多种相互作用的双网络结构。这种结构赋予了水凝胶前所未有的机械强度和自愈合特性，同时保持了高导电性，拉伸应变达到2800%，应力达到630 kPa，导电性达到0.72 S/m。此外，该水凝胶还展现出了快速响应和高灵敏度的传感能力，能够监测广泛的人体生理信号，包括压力和手势识别。
该工作得到了国家自然科学基金（52374387, 52174247）、国家自然科学基金联合基金（U23A20138）、湖南省杰出青年科学基金（2024JJ2029）、湖南省自然科学基金（2023JJ40264）和湖南省教育厅科研基金（23A0430）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.133802
