Collagen-Based Organohydrogel Strain Sensor with Self-Healing and Adhesive Properties for Detecting Human Motion

材料科学 自愈 自愈水凝胶 羧甲基纤维素 标度系数 生物相容性 复合材料 粘附 导电体 纳米技术 生物医学工程 高分子化学 制作 冶金 替代医学 病理 医学
作者
Qiangjun Ling,Xin Fan,Meijun Ling,Jiachang Liu,Zhao Li,Haibin Gu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (9): 12350-12362 被引量:115
标识
DOI:10.1021/acsami.2c21566
摘要

Conductive hydrogels are ideal for flexible sensors, but it is still a challenge to produce such hydrogels with combined toughness, self-adhesion, self-healing, anti-freezing, moisturizing, and biocompatibility properties. Herein, inspired by natural skin, a highly stretchable, strain-sensitive, and multi-environmental stable collagen-based conductive organohydrogel was constructed by using collagen (Col), acrylic acid, dialdehyde carboxymethyl cellulose, 1,3-propylene glycol, and AlCl3. The resulting organohydrogel exhibited excellent tensile (strain >800%), repeatable adhesion (>10 times), self-healing [self-healing efficiency (SHE) ≈ 100%], anti-freezing (-60 °C), moisturizing (>20 d), and biocompatible properties. This organohydrogel also possessed good electrical conductivity (σ = 3.4 S/m) and strain-sensitive properties [GF (gauge factor) = 13.65 with the maximal strain of 400%]. Notably, the organohydrogel had a considerable low-temperature self-healing performance (SHE = 88% at -24 °C) and rapid underwater self-healing property (SHE = 92%, self-healing time <20 min). This type of strain sensor could not only accurately and continuously monitor the large-scale motions of the human body but also provide an accurate response to the human tiny motions. This work not only proposes a development strategy for a multifunctional conductive organohydrogel with multiple environmental stability but also provides potential research value for the construction of biomimetic electronic skin.
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