目前，随着一次性电子设备消费的增加，传统的传感器原料不可降解、功能单一、以及缺乏长效抗菌性能，给使用者的健康安全带来严重的威胁。尽管有许多研究者致力于多功能传感器的研究，但是已有的研究无法实现在不牺牲原有性能的基础上进行重复利用和有效的降解。因此，开发可重复使用和可持续的多功能材料以取代传统的一次性传感器是有意义的，并存在巨大挑战。
针对上述问题，广西大学林宝凤教授团队通过以天然高分子淀粉为基材，将具有多重作用的纳米银（AgNPs）引入羧甲基淀粉和聚乙烯醇组成的可逆非共价交联网络中的巧妙策略，成功构建了一种“3R”(renewable, reusable, and pollution-reducing biodegradable)循环的多功能淀粉基传感器用于人体的运动监测和书写笔迹防伪识别。这项工作为取代传统一次性传感器提供了一个新的思路，为淀粉的高值化利用开辟新途径。该工作以”Multifunctional Starch-based Sensor with Non-covalent Network to Achieve “3R” Circulation”为题发表于《Small》。图1.多功能复合材料CMS/PVA/AgNPs的构建在复合材料的设计中（图1），采用在天然高分子淀粉上原位还原纳米银的策略，通过简单的一锅法制备了CMS/PVA/AgNPs复合材料。扫描电子显微镜证明成功还原了纳米银，并且纳米银在基材中是均匀分布的。CMS/PVA/AgNPs复合材料具有良好的力学性能和杰出的导电传感性能（电导率为0.1753 S/m，灵敏度为4.02，检测线为0.5%），从力学性能和传感性能上满足作为应变传感器的要求。此外，CMS/PVA/AgNPs复合材料具有广谱和长效抗菌性。因此，淀粉基传感器有望在应用中可以防止外界细菌的侵袭，避免对人体健康造成伤害。图2. CMS/PVA/AgNPs复合膜的导电和传感性能【CMS/PVA/AgNPs用于人体运动监测和书写防伪识别】图3. CMS/PVA/AgNPs复合膜用于运动监测图4. CMS/PVA/AgNPs传感器用于书写笔迹识别该团队将此复合材料用于人体运动监测（图3）和书写笔迹防伪识别（图4），结果表明CMS/PVA/AgNPs 复合材料在全方位监测人体运动中表现出了快速响应能力和稳定的传感性能，具有运动监测的潜能。此外，CMS/PVA/AgNPs 复合材料在书写笔迹识别中体现出了高灵敏的特性，不仅可以识别完整的单词或句子，而且对不同参与者的书写笔迹展现出了不同的电信号，体现了复合材料具有笔迹防伪识别的能力。因此，相比于传统功能单一的传感器，CMS/PVA/AgNPs 复合材料实现了多功能的结合。【“3R”循环的CMS/PVA/AgNPs传感器】图5. “3R”循环的CMS/PVA/AgNPs复合膜的表征和性能针对目前电子废弃物日益增加的严峻形势，该团队设计了基于可逆非共价交联结构的 CMS/PVA/AgNPs复合材料，为复合材料实现可再生、可重复使用和降解成为了可能。CMS/PVA/AgNPs复合材料在无任何添加剂的情况下，实现了绿色循环。重要的是，再生后的复合材料仍然具有良好的力学性能，高的灵敏度和稳定的响应性能，再生后的复合材料用于人体运动监测和书写笔迹识别，依然表现出了优异的传感性能，表明可再生的复合材料具有可重复使用的潜力，CMS/PVA/AgNPs复合材料实现了“3R”循环。在这项工作中，通过以天然高分子淀粉为基材，该团队成功地制备了一种新型多功能传感器。基于CMS、PVA和AgNPs构成的非共交联网络，CMS/PVA/AgNPs复合材料同时实现了多功能性和“3R”循环。CMS/PVA/AgNPs薄膜表现出良好的机械性能、快速响应的感应稳定性（0.23秒）和长效的抗菌活性（超过7天）。该团队制备的CMS/PVA/AgNPs传感器不仅可以用于监测人体运动，还可以组装成一个智能传感器，用于书写笔迹防伪识别。值得注意的是，所制备的传感器在没有任何添加剂的情况下实现了“3R”循环，实现了节能和低成本的回收。因此，CMS/PVA/AgNPs复合材料有望取代传统不可降解的传感器，为解决电子设备的浪费问题提供了一个新的思路，表明在绿色和可持续电子领域具有广阔的前景。相关技术已申请中国发明专利( “一种长效抗菌且能循环利用的多功能传感器材料及其制备方法和应用”，申请号202211375782.8)。该论文的通讯作者为广西大学化学化工学院林宝凤教授，第一作者为2021级硕士研究生李健芳。该研究得到国家自然科学基金（51863001和22175045）和广西自然科学基金重点项目（2021GXNSFDA220005）的支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/smll.202208116
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