Design of Cellulose Nanocrystal-Based Self-Healing Nanocomposite Hydrogels and Application in Motion Sensing and Sweat Detection

材料科学 纳米复合材料 自愈 自愈水凝胶 纳米晶 纳米技术 纤维素 复合材料 化学工程 高分子化学 医学 工程类 病理 替代医学
作者
Zehua Hou,Tianjun Zhou,Liangjiu Bai,Wenxiang Wang,Hou Chen,Lixia Yang,Huawei Yang,Donglei Wei
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (28): 37087-37099 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.4c07717
摘要

Hydrogels, as flexible materials, have been widely used in the field of flexible sensors. Human sweat contains a variety of biomarkers that can reflect the physiological state of the human body. Therefore, it is of great practical significance and application value to realize the detection of sweat composition and combine it with human motion sensing through a hydrogel. Based on mussel-inspired chemistry, polydopamine (PDA) and gold nanoparticles (AuNPs) were coated on the surface of cellulose nanocrystals (CNCs) to obtain CNC-based nanocomposites (CNCs@PDA-Au), which could simultaneously enhance the mechanical, electrochemical, and self-healing properties of hydrogels. The CNCs@PDA-Au was composited with poly(vinyl alcohol) (PVA) hydrogel to obtain the nanocomposite hydrogel (PVA/CNCs@PDA-Au) by freeze-thaw cycles. The PVA/CNCs@PDA-Au has excellent mechanical strength (7.2 MPa) and self-healing properties (88.3%). The motion sensors designed with PVA/CNCs@PDA-Au exhibited a fast response time (122.9 ms), wide strain sensing range (0-600.0%), excellent stability, and fatigue resistance. With the unique electrochemical redox properties of uric acid, the designed hydrogel sensor successfully realized the detection of uric acid in sweat with a wide detection range (1.0-100.0 μmol/L) and low detection limit (0.42 μmol/L). In this study, the dual detection of human motion and uric acid in sweat was successfully realized by the designed PVA/CNCs@PDA-Au nanocomposite hydrogel.
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