虽然水凝胶在可穿戴传感器和电子皮肤领域展现出了广泛的应用前景，但由于其抗疲劳性能通常较低，这些水凝胶在循环变形过程中容易发生疲劳断裂。有鉴于此，华南理工大学贾永光副研究员/施雪涛教授/王琳研究员和南洋理工大学赵彦利教授等人通过精确的主客体识别，将丙烯酸化的β-环糊精与胆汁酸自组装成可聚合的准轮烷，其可进一步与丙烯酰胺发生光聚合，得到导电的可聚合轮烷水凝胶（PR-Gel）。PR-Gel的拓扑网络使其具有优异的拉伸性和抗疲劳性。基于PR-Gel的应变传感器可以灵敏地检测和区分较大幅度的身体运动和细微的肌肉运动。PR-Gel三维打印制造的传感器具有高分辨率和高度复杂性，并且可以以高重复稳定性检测实时人体心电图信号。PR-Gel可以在空气中自我愈合，并且对人体皮肤具有高度可重复的粘附性，这表明了它在可穿戴传感器中具有巨大的应用潜力。相关工作以“Polymerizable rotaxane hydrogels for three-dimensional printing fabrication of wearable sensors”为题发表在Nature Communications。

【文章要点】

胆汁酸（BA）来源于哺乳动物的胆固醇，如胆酸（CA）和石胆酸（LCA），是一类以前未被探索过的水凝胶拓扑网络的客体原料。在本研究中，作者通过精确的主客体识别组装了一种丙烯酸化β-环糊精（β-CD）与BA衍生物的可聚合准轮烷交联剂（图1），然后其在乙二醇（EG）/水的二元溶剂体系中，在氯化胆碱（ChCl）的存在下可与丙烯酰胺（Am）进行光固化，从而构建导电水凝胶PR-Gel。研究发现，与滑环水凝胶类似，可聚合交联剂在PR-Gel中产生大量的可移动连接，这些移动连接有助于PR-Gel在应变传感器的方面的应用。

图1 PR-Gel的设计

二、双模态成像引导的光热铁死亡疗法

研究显示，PR-Gel可以拉伸到830%，即使在300%的应变下500次循环后也没有观察到显著的滞后，这证实了其优异的拉伸性和优异的抗疲劳性。基于PR-Gel的应变传感器，应变系数为8.53，可以灵敏地检测和区分大的身体运动和细微的肌肉运动。而结合三维（3D）打印技术后，PR-Gel可实现复杂几何形状柔性应变传感器的个性化快速制备，可以实时检测人体心电图信号，重复稳定性高（图2）。此外，ChCl和EG的存在也为PR-Gel提供保湿和防冻的优势。此外，所得到的PR-Gel对人体皮肤表现出适当的粘附性和在空气中的自我修复能力。这项工作提供了一种独特的拓扑水凝胶系统，它没有传统聚轮烷的超分子结构，但具有优异的综合性能，包括非凡的抗疲劳性，为3D可打印柔性器件的设计展示了一种新的范式。

图2 实时信号检测

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36920-3

来源：BioMed科技
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