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太原理工大學(xué)張虎林教授團(tuán)隊(duì) ACS Sensors：面向無(wú)源多模態(tài)生理監(jiān)測(cè)的自愈合熱電凝膠電子皮膚

2024-01-28 來(lái)源：高分子科技

關(guān)鍵詞：熱電水凝膠無(wú)源多模態(tài) 電子皮膚生理監(jiān)測(cè) 自愈合

柔性電子皮膚（e-skin）因其能感知生理狀態(tài)并通過(guò)電信號(hào)傳遞反饋而受到廣泛關(guān)注。然而，現(xiàn)有e-skin往往受到供電困難和傳感功能單一的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在智能生理監(jiān)測(cè)和智慧醫(yī)學(xué)診療領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

圖1. PLG水凝膠的設(shè)計(jì)和性能示意圖

近日，太原理工大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院張虎林教授團(tuán)隊(duì)從熱電凝膠器件設(shè)計(jì)和無(wú)源多模生理監(jiān)測(cè)兩方面入手，制備了一種基于熱電水凝膠的無(wú)源多模態(tài)電子皮膚，用于人體生理狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該電子皮膚以聚乙烯醇/低酰基結(jié)冷膠作為水凝膠網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)凍融交聯(lián)制成（圖1）。由于氧化還原電對(duì)[Fe(CN)₆]⁴^?^/3^?、氯化鋰和甘油的同時(shí)加入，熱電凝膠具有快速自愈能力(約10min)、抗干燥性和抗凍性（圖2），并且展現(xiàn)了優(yōu)異的塞貝克系數(shù) (2.04 mV K^-1)和較高的電導(dǎo)率 (2.56 S m^-1)（圖3）。基于凝膠熱電轉(zhuǎn)換與人體多體征作用協(xié)同耦合，該電子皮膚可作為智能腕帶實(shí)現(xiàn)對(duì)體溫、脈搏和汗液的多模態(tài)生理信號(hào)無(wú)源實(shí)時(shí)感知（圖4）。本工作為無(wú)源多模電子皮膚的研制提供了科學(xué)依據(jù)和設(shè)計(jì)思路，促進(jìn)了柔性可穿戴電子技術(shù)在先進(jìn)智能醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。該工作以“Thermoelectric Hydrogel Electronic Skin for Passive Multimodal Physiological Perception”為題發(fā)表在《ACS Sensors》（IF=9.6）。太原理工大學(xué)碩士生田超慧為第一作者，通訊作者為張虎林教授。該研究得到山西省自然科學(xué)基金、山西省科技合作與交流專(zhuān)項(xiàng)、山西浙大新材料與化工研究院和山西省“1331”基金的支持。

圖2. PLG水凝膠的力學(xué)性能

圖3. PLG水凝膠的熱電性能

圖4.多模態(tài)電子皮膚PLG在健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

該成果是張虎林教授團(tuán)隊(duì)關(guān)于凝膠熱電器件研究的最新進(jìn)展之一，這項(xiàng)工作首次提出了基于凝膠熱電轉(zhuǎn)換與人體多體征作用協(xié)同耦合的無(wú)源感知策略，實(shí)現(xiàn)了凝膠電子皮膚對(duì)溫度/脈搏/汗液多模參量的無(wú)源實(shí)時(shí)感知。自2021年以來(lái)，張虎林教授團(tuán)隊(duì)制備了一系列基于不同聚合物網(wǎng)絡(luò)和氧化還原對(duì)的熱電凝膠器件，并致力于開(kāi)拓凝膠器件的可穿戴無(wú)源傳感應(yīng)用場(chǎng)景，取得了一系列重要研究成果。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.3c02172

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（責(zé)任編輯：xu）

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