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太原理工大學張虎林教授團隊 ACS Sensors：面向無源多模態生理監測的自愈合熱電凝膠電子皮膚
2024-01-28  來源：高分子科技

  柔性電子皮膚（e-skin）因其能感知生理狀態并通過電信號傳遞反饋而受到廣泛關注。然而，現有e-skin往往受到供電困難和傳感功能單一的限制，無法實現在智能生理監測和智慧醫學診療領域的大規模應用。


圖1. PLG水凝膠的設計和性能示意圖


  近日，太原理工大學電子信息與光學工程學院張虎林教授團隊從熱電凝膠器件設計和無源多模生理監測兩方面入手，制備了一種基于熱電水凝膠的無源多模態電子皮膚，用于人體生理狀態實時監測。該電子皮膚以聚乙烯醇/低；Y冷膠作為水凝膠網絡，通過凍融交聯制成（圖1）。由于氧化還原電對[Fe(CN)6]4?/3?、氯化鋰和甘油的同時加入，熱電凝膠具有快速自愈能力(約10min)、抗干燥性和抗凍性（圖2），并且展現了優異的塞貝克系數 (2.04 mV K-1)和較高的電導率 (2.56 S m-1)（圖3）。基于凝膠熱電轉換與人體多體征作用協同耦合，該電子皮膚可作為智能腕帶實現對體溫、脈搏和汗液的多模態生理信號無源實時感知（圖4）。本工作為無源多模電子皮膚的研制提供了科學依據和設計思路，促進了柔性可穿戴電子技術在先進智能醫學中的應用。該工作以“Thermoelectric Hydrogel Electronic Skin for Passive Multimodal Physiological Perception”為題發表在《ACS Sensors》（IF=9.6）。太原理工大學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基金、山西省科技合作與交流專項、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水凝膠的力學性能

 

圖3. PLG水凝膠的熱電性能

 

圖4.多模態電子皮膚PLG在健康監測中的應用


  該成果是張虎林教授團隊關于凝膠熱電器件研究的最新進展之一，這項工作首次提出了基于凝膠熱電轉換與人體多體征作用協同耦合的無源感知策略，實現了凝膠電子皮膚對溫度/脈搏/汗液多模參量的無源實時感知。自2021年以來，張虎林教授團隊制備了一系列基于不同聚合物網絡和氧化還原對的熱電凝膠器件，并致力于開拓凝膠器件的可穿戴無源傳感應用場景，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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（責任編輯：xu）
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