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中药学学科在天然分子基智能柔性传感器研发领域取得系列进展


近日,材料及能源化学领域的顶尖期刊、英国皇家化学学会旗下的《Journal of Materials Chemistry A》(中科院一区TOPIF=14.511)连续发表了中药学学科刘欢欢副教授课题组以安徽中医药大学为第一通讯单位,在天然分子基智能柔性传感器研发领域的两项最新研究成果。



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基于柔软性和刺激响应性,水凝胶在柔性可穿戴传感器领域应用于人体健康监测等受到人们的广泛关注。鉴于传统水凝胶聚合物交联点分散不均匀和缺乏功能性,严重限制了其实际应用,亟需人们深入研究并加以解决。为此,研究人员提出协同天然大分子自组装作用和动态相互作用,构筑多功能纳米结构并作为交联剂,协同原位自由基聚合,制备新型多功能纳米复合水凝胶。基于网络结构中交联点的单分散性和高支化度以及多种动态相互作用,制备的水凝胶兼具优异的力学性能、粘附性能和多响应自愈性能,满足优异柔性传感器的要求。同时,在二元溶剂乙二醇/水的基础上,这些优异的性能在一个宽的温度范围内(-20~60℃)依然可以很好地保持。此外,金属离子的存在使该水凝胶具有优异的电信号,可作为一种柔性传感器在检测各种复杂的应变中找到潜在的应用。这项研究以“Assembled Caseins as Crosslinkers for Tough, Adhesive and Self-Healing Hydrogels towards Flexible Sensor”为题发表在著名期刊Journal of Materials Chemistry A上。论文的第一作者是安徽中医药大学硕士研究生李晓侠。通讯作者是安徽中医药大学刘欢欢副教授,合肥工业大学秦海利副教授。



可拉伸导电水凝胶可作为柔性可穿戴应变传感器用于精准捕捉人体运动。然而,水凝胶材料的导电性与导电填充剂(如金属纳米结构、碳基纳米材料等)浓度成正比,高导电性的水凝胶往往会伴随着透明度的降低。开发一种兼具高透光性、可拉伸导电水凝胶有利于进一步扩展其应用领域,如柔性显示等特殊应用场景。为实现低浓度导电填料(如碳纳米管)条件下优异的导电性,科研人员提出协同天然小分子儿茶素自组装作用,利用其自组装体作为碳纳米管间的电子桥,为电子提供更多的通路,从而解决导电水凝胶透明性与导电性难以兼顾的关键科学问题。研究结果表明,水凝胶材料在超低浓度(1.08×10-4wt%)碳纳米管的条件下实现了高达0.19 S/m的电导率,此时凝胶的透光率为90%(550nm)。协同聚合物网络结构大量存在的动态可逆相互作用(S-S,π-π和氢键),该水凝胶可在多种刺激条件下(如酸、微波等)进行修复。鉴于该凝胶优异的粘附性、生物相容性和电机械性能,科研人员探讨了该凝胶作为柔性应变传感器用于监控人体不同程度的运动,特别是兼具柔性显示功能的应变传感器。这项研究以“An extremely transparent and multi-responsive healable hydrogel strain sensor”为题发表在著名期刊Journal of Materials Chemistry A上。论文的第一作者是安徽中医药大学硕士研究生王敏。通讯作者是安徽中医药大学刘欢欢副教授,安徽大学闫国卿副教授,合肥工业大学秦海利副教授。


上述研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、安徽省教育厅自然科学重点项目等支持。(刘欢欢/文图 胡卿/审核 发展规划处/转发)


原文链接:(1https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d2ta03399b#!

         (2https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2022/TA/D2TA06218F