Force-induced ion generation in zwitterionic hydrogels for a sensitive silent-speech sensor

自愈水凝胶 机械反应 离子 离子键合 信号(编程语言) 材料科学 转导(生物物理学) 离子通道 离子运输机 敏感皮肤 化学 计算机科学 高分子化学 生物化学 病理 受体 有机化学 医学 程序设计语言
作者
Sijia Xu,Jie-Xiang Yu,Hongshuang Guo,Shu Tian,You Long,Jing Yang,Lei Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:80
标识
DOI:10.1038/s41467-023-35893-7
摘要

Abstract Human-sensitive mechanosensation depends on ionic currents controlled by skin mechanoreceptors. Inspired by the sensory behavior of skin, we investigate zwitterionic hydrogels that generate ions under an applied force in a mobile-ion-free system. Within this system, water dissociates as the distance between zwitterions reduces under an applied pressure. Meanwhile, zwitterionic segments can provide migration channels for the generated ions, significantly facilitating ion transport. These combined effects endow a mobile-ion-free zwitterionic skin sensor with sensitive transduction of pressure into ionic currents, achieving a sensitivity up to five times that of nonionic hydrogels. The signal response time, which relies on the crosslinking degree of the zwitterionic hydrogel, was ~38 ms, comparable to that of natural skin. The skin sensor was incorporated into a universal throat-worn silent-speech recognition system that transforms the tiny signals of laryngeal mechanical vibrations into silent speech.
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