水凝胶与柔性传感器，专题文献一

具有优异电学性能的碳气凝胶被认为是生物电子学中用于信号检测和电刺激的有前途材料。为解决碳气凝胶与生物界面（尤其是动态组织和器官）的机械不兼容性问题，引入水凝胶是一种有效策略。然而，在碳气凝胶-水凝胶杂化材料中实现优异的电学性能仍然是一项重大挑战。这一难题主要由两个关键因素导致：1）制备过程中水凝胶的无限制渗透可能导致导电气凝胶被完全包裹；2）水凝胶的高溶胀行为可能造成气凝胶的导电网络断开。在此，同济医学院方寅教授联合上海大学Menahem Y. Rotenberg教授团队通过在分级多孔碳气凝胶（PA）与聚乙烯醇（PVA）水凝胶之间形成互锁网络，获得了一种可拉伸的高导电性生物电子界面。由于PVA对多孔结构的受限渗透，PA的部分暴露得以维持其电学性能，而非溶胀性的PVA则确保了机械拉伸性和稳定性。该杂化材料表现出优异的导电性（370 S·m-1）、高电荷存储容量（1.66 mC·cm-2）、显著的拉伸性（250%）以及超过三个月的长期稳定性，能够实现有效的信号记录和电刺激。碳气凝胶-水凝胶杂化材料首次在大鼠心脏模型中实现了离体和在体心脏起搏。与传统铂电极相比，PA-PVA电极所需的起搏电压更低，显示出在功率效率和减少组织损伤方面的潜在优势。这些电极可与无线植入式设备集成，用于体内同步心电图监测和心脏起搏，突显了其在心律失常管理中的潜力。相关研究以“Hierarchical Porous Aerogel-Hydrogel Interlocking Bioelectronic Interface for Arrhythmia Management”为题发表在Small Methods期刊上。

导电水凝胶是开发柔性可拉伸传感器件的理想材料，然而它们的关键特性，如高灵敏度、优异的拉伸性和环境稳定性，难以同时实现，限制了其广泛应用。近日，湖南大学段辉高教授团队提出了一种由Kirigami剪纸结构启发的工程策略，显著提高有机水凝胶应变传感器的应变灵敏度，并实现了水下人机交互系统应用和可穿戴摩斯密码的人工智能识别。成果以“Kirigami-Inspired 3D-printable MXene Organohydrogels for Soft Electronics”为题发表在国际材料与器件领域著名学术期刊Advanced Functional Materials (https://doi.org/10.1002/adfm.202308487)上，该论文的第一作者是湖南大学机械与运载工程学院的卓凤玲，通讯作者为湖南大学机械运载工程学院段辉高教授和周剑副教授。

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视频号：#柔性电子那些事