结合可拉伸性和对外部刺激敏感性的材料是可穿戴电子应用的关键，它使生物传感、健康监测、光探测和人体运动识别等领域的颠覆性技术得以出现。导电性有机水凝胶因其高灵敏度和高性价比的制备方法而受到广泛关注。像明胶和海藻酸盐这样的生物聚合物由于其生物相容性和对环境因素的敏感性，为开发响应式可穿戴设备提供了独特的机会。本文提出了一种可持续的生物启发方法来生产海藻酸蛋黄素有机水凝胶，该凝胶结合了可见光范围内的透明度、离子电导率、高拉伸性和多响应性。受控制的海藻酸盐与各种金属阳离子交联，可以调节离子电导率，并精细调节材料的热性能和机械性能。这些有机水凝胶对温度、相对湿度和应变具有响应性，能够实时监测环境和生理参数。易于调整对所选刺激的响应性和高灵敏度为应用这些材料作为可穿戴拉伸传感器打开了前景。
图解
图1:a)与金属阳离子交联的多响应藻酸盐/明胶有机水凝胶(MAlgGel)的3D动画，放置在人体皮肤上。该方案展示了MAlgGel在热传感器、光电探测器、湿度传感器和应变传感器等方面的潜在应用。b)紫外可见光谱，c)制备的MAlgGel样品放置在打印的ISIS斯特拉斯堡标志上的光学图像，d)小角度x射线散射曲线。
图2：温度对a)电导率和b)电导率相对变化的影响。相对湿度对c)电阻率和d)电阻率相对变化的影响。所有的测量都是在三个不同批次的样品上进行的，在制造和温度/湿度敏感性方面显示了出色的再现性。
图3：a) MnAlgGel和AlgGel在白光LED下的光响应。示意图插入图像显示MAlgGel光电探测器的侧视图。b) Al(蓝色方块)、Au(黑色方块)、Cu(红色方块)和MnAlgGel(粉色方块)的二次电子截止。c)通道长度为3 cm的MnAlgGel光电探测器的电流电压特性，接收聚焦在局部区域:水凝胶中心(位置a)和金属/水凝胶界面(位置B)的光子。d) MnAlgGel/Cu界面的能带图。e)通道长度为1cm的MnAlgGel和AlgGel光电探测器的时间分辨光响应。f)归一化IPhoto与MAlgGel的时间图。本实验中LED照射的所有区域固定为一个半径为1cm的圆。
图4：a)用两个铜电极连接的样品的实验装置照片。b)应力-应变曲线和c) ΔR/R0 -应变的AlgGel(黑色)，MnAlgGel(粉红色)，CuAlgGel(蓝色)，FeAlgGel(红色)和ZrAlgGel(绿色)。d)应变传感测试和e)相关电响应的手指弯曲步骤图像。
结论
总之，我们成功地开发了一种新型的透明，可拉伸，多响应的有机水凝胶，由海藻酸盐与各种过渡金属阳离子和明胶交联组成。这些MAlgGel有机水凝胶具有可穿戴电子应用所需的卓越性能，可以实现环境监测和人体运动识别。通过对其机械、电气、热、湿度/温度传感特性的系统研究，我们展示了这些材料的多功能性和潜力。结果表明，甘油的加入和金属离子的交联显著提高了水凝胶的稳定性、拉伸性和离子电导率。通过改变交联离子来调节机械性能和离子电导率的能力为定制特定应用的有机水凝胶的性能提供了灵活性。我们的MAlgGel有机水凝胶显示出显著的光响应性，这是文献中不常见的独特特征。这一进步为将可穿戴传感器与光探测功能集成到各种应用(包括环境监测和生物识别认证)开辟了新的机会。
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原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202410663
