北化萬鵬博老師團隊ACS Nano：可修復/可降解MXene導電水凝膠，用于多功能表皮傳感器
一、文章概述
導電水凝膠由于其與生物組織的相似性、良好的柔韌性和高精度的傳感能力，因此是表皮傳感器的理想材料。然而，開發出具有長期使用且具有可靠的自修復能力、柔韌的機械性能、環境可降解性以及可以感知生理刺激和電生理信號的導電水凝膠基表皮傳感器仍然是一個挑戰。北京化工大學萬鵬博教授團隊提出了一種高度可拉伸、自修復、可降解且生物相容的導電水凝膠基多功能表皮傳感器的合成策略，MXene-PAA-ACC水凝膠是通過將MXene納米片網絡合并到聚（丙烯酸）（PAA）和無定形碳酸鈣（ACC）的混合網絡中而獲得的。該表皮傳感器可以以快速響應時間（20 ms）靈敏地檢測人的動作，并用作電子皮膚，以無線方式監視電生理信號（例如肌電圖和心電圖信號）。同時，多功能表皮傳感器可在磷酸鹽緩沖鹽溶液中降解，不會對環境造成任何污染。這一系列研究工作揭示了可修復、可降解和電生理信號敏感的導電水凝膠表皮傳感器，在人機交互、健康診斷和智能機器人假體等領域中具有潛在應用前景。
二、圖文導讀
本文報道了一種受生物礦化過程啟發的，由MXenes、PAA和ACC組成的導電水凝膠組裝而成的高度可拉伸、自愈和可降解的多功能表皮傳感器的制造過程（圖1a）。MXene-PAA-ACC水凝膠是通過將MXene納米片網絡合并到PAA和ACC的混合網絡中而獲得的，該水凝膠制備方法簡單，無需復雜的分子設計或在室溫下進行多步功能化。得益于MXene納米片表面豐富的官能團（F，OH，O等）與PAA和Ca2+的羧基之間的超分子相互作用，MXene-PAA-ACC水凝膠具有出色的自修復能力。
圖1.（a）MXene-PAA-ACC水凝膠的制造示意圖。
（b）分層的MXene片和（c，d）凍干的MXene-PAA-ACC水凝膠的SEM圖像。
圖2.（a）MXene-PAA-ACC水凝膠的自修復行為。
（b）MXene-PAA-ACC水凝膠的循環應變掃描。
（c）由MXene-PAA-ACC水凝膠與紅色LED燈泡串聯組成的電路。
圖3.用于人體運動監測的基于MXene-PAA-ACC水凝膠的表皮傳感器。
圖4.（a）EMG檢測的設置示意圖。
（c）心電圖檢測設置示意圖。
（d）心電圖信號。
圖5.體外細胞毒性結果。
圖6.放置在PBS溶液中不同時間的MXene-PAA-ACC水凝膠的照片。
三、論文信息
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Healable, Degradable, and Conductive MXene Nanocomposite Hydrogel for Multifunctional Epidermal Sensors |
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ACS Nano (IF=14.588) |
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Pub Date : 2021-03-26 |
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https://doi.org/10.1021/acsnano.1c01751 |
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Xiaobin Li, Lingzhang He, Yanfei Li, Mingyuan Chao, Mingkun Li, Pengbo Wan*, and Liqun Zhang |
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Interdisciplinary Research Center for Artificial Intelligence, College of Materials Science and Engineering, State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China |
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