北化万鹏博老师团队ACS Nano：可修复/可降解MXene导电水凝胶，用于多功能表皮传感器
一、文章概述
导电水凝胶由于其与生物组织的相似性、良好的柔韧性和高精度的传感能力，因此是表皮传感器的理想材料。然而，开发出具有长期使用且具有可靠的自修复能力、柔韧的机械性能、环境可降解性以及可以感知生理刺激和电生理信号的导电水凝胶基表皮传感器仍然是一个挑战。北京化工大学万鹏博教授团队提出了一种高度可拉伸、自修复、可降解且生物相容的导电水凝胶基多功能表皮传感器的合成策略，MXene-PAA-ACC水凝胶是通过将MXene纳米片网络合并到聚（丙烯酸）（PAA）和无定形碳酸钙（ACC）的混合网络中而获得的。该表皮传感器可以以快速响应时间（20 ms）灵敏地检测人的动作，并用作电子皮肤，以无线方式监视电生理信号（例如肌电图和心电图信号）。同时，多功能表皮传感器可在磷酸盐缓冲盐溶液中降解，不会对环境造成任何污染。这一系列研究工作揭示了可修复、可降解和电生理信号敏感的导电水凝胶表皮传感器，在人机交互、健康诊断和智能机器人假体等领域中具有潜在应用前景。
二、图文导读
本文报道了一种受生物矿化过程启发的，由MXenes、PAA和ACC组成的导电水凝胶组装而成的高度可拉伸、自愈和可降解的多功能表皮传感器的制造过程（图1a）。MXene-PAA-ACC水凝胶是通过将MXene纳米片网络合并到PAA和ACC的混合网络中而获得的，该水凝胶制备方法简单，无需复杂的分子设计或在室温下进行多步功能化。得益于MXene纳米片表面丰富的官能团（F，OH，O等）与PAA和Ca2+的羧基之间的超分子相互作用，MXene-PAA-ACC水凝胶具有出色的自修复能力。
图1.（a）MXene-PAA-ACC水凝胶的制造示意图。
（b）分层的MXene片和（c，d）冻干的MXene-PAA-ACC水凝胶的SEM图像。
图2.（a）MXene-PAA-ACC水凝胶的自修复行为。
（b）MXene-PAA-ACC水凝胶的循环应变扫描。
（c）由MXene-PAA-ACC水凝胶与红色LED灯泡串联组成的电路。
图3.用于人体运动监测的基于MXene-PAA-ACC水凝胶的表皮传感器。
图4.（a）EMG检测的设置示意图。
（c）心电图检测设置示意图。
（d）心电图信号。
图5.体外细胞毒性结果。
图6.放置在PBS溶液中不同时间的MXene-PAA-ACC水凝胶的照片。
三、论文信息
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Healable, Degradable, and Conductive MXene Nanocomposite Hydrogel for Multifunctional Epidermal Sensors |
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ACS Nano (IF=14.588) |
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Pub Date : 2021-03-26 |
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https://doi.org/10.1021/acsnano.1c01751 |
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Xiaobin Li, Lingzhang He, Yanfei Li, Mingyuan Chao, Mingkun Li, Pengbo Wan*, and Liqun Zhang |
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Interdisciplinary Research Center for Artificial Intelligence, College of Materials Science and Engineering, State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China |
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