柔性應變/壓力傳感器可以通過將外界刺激轉(zhuǎn)化為電信號來模擬人體皮膚的感覺功能，能以非侵入性方式監(jiān)測人體生理信息，在軟體機器人、人機接口等領域應用前景廣闊。導電水凝膠因具有良好的生物相容性、可調(diào)的機械性能、相對較高的導電性和較低的界面電阻等優(yōu)點，因此其成為柔性傳感器基底的理想選擇，近些年引起人們廣泛關注。雖然基于凝膠的柔性傳感器已經(jīng)取得了顯著的進展，但在長期使用和極端條件下，其可靠性和穩(wěn)定性仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，南開大學關英副教授、天津工業(yè)大學張擁軍教授等研究人員制備了一種綜合性能優(yōu)異的新型肽交聯(lián)共晶凝膠。通過在深共晶溶劑（DES）中引入α-螺旋“分子彈簧”結(jié)構(gòu)，使其具有高韌性、高拉伸性、高回彈性、高粘性以及優(yōu)異的抗疲勞、抗干燥和防凍性能，在機器人遠程監(jiān)測和智能電子皮膚等方面具有廣闊的應用前景。相關研究成果已發(fā)表于Nature Communications期刊。

肽交聯(lián)共晶凝膠的結(jié)構(gòu)和性能示意圖

在該項工作中，研究人員采用肽交聯(lián)劑作為交聯(lián)劑，以深共晶溶劑代替水作為溶劑，制備了可滿足高性能柔性應變/壓力傳感器所需的導電凝膠。深共晶溶劑是新一代綠色溶劑，本身具有良好的導電性，基于其制備的共晶凝膠不需添加其他物質(zhì)即可以導電，且具有良好的防凍和抗干燥性能。通過在深共晶溶劑中引入α-螺旋“分子彈簧”結(jié)構(gòu)，合成的肽交聯(lián)共晶凝膠機械性能顯著提升，同時又保證了高彈性。此外，該凝膠還表現(xiàn)出良好的粘附性能，可以粘附在各種材質(zhì)表面。

肽交聯(lián)共晶凝膠的拉伸力學性能

肽交聯(lián)共晶凝膠的壓縮力學性能

肽交聯(lián)共晶凝膠的粘合性能

肽交聯(lián)共晶凝膠的防凍和抗干燥性能

這些優(yōu)異的特性使該共晶凝膠非常適用于可穿戴、靈活的應變/壓力傳感器，不需要膠帶或繃帶，就能自行附著在人體上，不僅可以監(jiān)測手指、手腕、膝蓋彎曲等較大的肢體運動，還可以對說話等微妙的肌肉運動實現(xiàn)高靈敏監(jiān)測。

更重要的是，當用于應變/壓力傳感器時，該凝膠能夠提供前所未有的穩(wěn)定性和可重復性信號。在- 20°C到80°C的溫度范圍內(nèi)，或者經(jīng)過29小時10000次形變之后，其電信號幾乎沒有任何漂移，驗證了其在極端環(huán)境下的應用前景。

人體運動監(jiān)測實驗

機器手指測試實驗

為了進一步驗證該共晶凝膠的實際應用潛力，研究人員設計了一個避障場景。當安裝該凝膠傳感器的移動機器人手指接觸人類手指時，機器人手指會感知到障礙物并迅速抬起以避開障礙物，從而避免進一步碰撞。驗證了基于該共晶凝膠的傳感器在機器人遠程監(jiān)測和智能電子皮膚方面具有廣闊的應用前景。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-34522-z

編輯：黃飛

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