具有良好保形能力和自我修复特性的软材料（如水凝胶）在人机界面领域显示出相当大的前景。然而，制造具有优异粘附性能、良好机械特性和监测稳定性的可穿戴水凝胶仍然是一项重大挑战。近日，科研人员提出了由氢键辅助生成超分子拓扑结构的策略，以开发用于人机界面应用的自修复保形水凝胶。通过原位聚合策略，将腺嘌呤、葫芦[7]脲和客体分子引入丙烯酰胺基质，制备了具有可调机械和粘附性能的Ax-HGy水凝胶。通过平衡内聚力和粘附力，由主客体超分子相互作用和基于氢键的超分子相互作用驱动，协调的双交联网络产生良好的机械强度（在 1082% 的断裂应变下为 120 kPa），优异的粘附强度（高于154 kPa），良好的自愈性能（5 h内自愈效率达93.82%），超高的监测灵敏度（800%应变下的GF为32.39）。作为一款可穿戴传感器，A2.0-HG0.15水凝胶可以重复、准确地监测各种类型的身体运动和生理信号。可以预见，这种基于协调超分子拓扑的自修复保形水凝胶将在软机器人和人机界面领域具有广阔的前景。
图1 Ax-HGy水凝胶的合成与拓扑示意图。
图 2 (a) 随着 AA1CB[7]@CDMAPAA 内容（上排）和 ADMAPAA 内容（下排）增加的拓扑变化。不同量（b）ADMAPAA 和（c）AA1CB[7]@CDMAPAA 的 Ax-HGy 水凝胶的拉伸应力-应变曲线。(d) A2.0-HG0.15 水凝胶在 700% 应变下多次循环的加载-卸载拉伸曲线。不同量的（e）ADMAPAA 和（f）AA1CB[7]@CDMAPAA 的 Ax-HGy 水凝胶的韧性和弹性模量值。(g) A2.0-HG0.15 水凝胶在加载-卸载测试期间在不同应变下的滞后能和应力。
图 3 (a) 水凝胶的机械接触测试和 (b) 水凝胶的搭接剪切测试示意图。通过对具有不同量 (c) ADMAPAA 和 (d) AA1CB[7]@CDMAPAA 的水凝胶进行机械接触测试获得的粘附力和粘附能值。通过对具有不同量的 (e) ADMAPAA 和 (f) AA1CB[7]@CDMAPAA 的水凝胶进行搭接剪切测试获得的粘合强度值。(g) A2.0-HG0.15水凝胶对不同基材的粘附强度。(h) A2.0-HG0.15水凝胶对猪皮在多个循环中的粘附强度。(i) 各种报道的自粘水凝胶的粘合强度的比较。 (j) A2.0-HG0.15水凝胶对不同基材的粘附照片，包括鸡心、鸡肝、鸡肌肉、鸡皮、聚四氟乙烯、不锈钢、玻璃、塑料和橡胶。(k) 两块玻璃由 A2.0-HG0.15 水凝胶连接，重量超过 1.0 公斤。
图 4 (a) A2.0-HG0 水凝胶、(b) A0-HG0.10 水凝胶、(c) A0-HG0.15 水凝胶和 (d) A2.0-HG0的周期性阶跃应变扫描。(e) 基于应变的A2.0-HG0.15水凝胶的自愈效率。(f) A2.0-HG0.15 水凝胶自愈的照片和光学显微图像。(g) 自愈十分钟后水凝胶拉伸的照片。
相关论文以题为Supramolecular topology controlled self-healing conformal hydrogels for stable human–machine interfaces发表在《Journal of Materials Chemistry C》上。通讯作者是山东大学谭业邦教授。
参考文献：
doi.org/10.1039/D2TC01014C