【摘 要】
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具有高导电性和机械柔韧性的多功能水凝胶作为柔性应变传感器已广泛应用于人体健康监测、智能机器人、电子皮肤、人机交互、可穿戴设备等各个领域。然而,当温度降低到冰点以下,水的凝固导致水凝胶性能降低甚至失效,严重限制了其在低温环境下的应用。因此,制备在低温条件下具有高透明度、高生物相容性和高韧性的水凝胶传感器仍然是一个巨大的挑战。本研究将两性离子脯氨酸（ZP）引入结冷胶/聚丙烯酰胺（GG/PAAm）双网络
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具有高导电性和机械柔韧性的多功能水凝胶作为柔性应变传感器已广泛应用于人体健康监测、智能机器人、电子皮肤、人机交互、可穿戴设备等各个领域。然而,当温度降低到冰点以下,水的凝固导致水凝胶性能降低甚至失效,严重限制了其在低温环境下的应用。因此,制备在低温条件下具有高透明度、高生物相容性和高韧性的水凝胶传感器仍然是一个巨大的挑战。本研究将两性离子脯氨酸（ZP）引入结冷胶/聚丙烯酰胺（GG/PAAm）双网络（DN）水凝胶中,研制出一种完全基于两性离子的抗冻水凝胶。研究结果表明,两性离子双网络水凝胶Ca-GG/PAAm-ZP具有高达98.1%的透明度、超可拉伸性（25℃下应变高达1890%,-40℃可达到600%）以及良好的自恢复和抗疲劳性能。两性离子脯氨酸的存在赋予两性离子水凝胶Ca-GG/PAAm-ZP显著的抗冻性（-40℃以下）,并且水凝胶在-40℃仍保持高透明度和韧性。此外,两性离子水凝胶Ca-GG/PAAm-ZP表现出良好的生物相容性和抗非特异性蛋白吸附性能。将两性离子水凝胶Ca-GG/PAAm-ZP设计为一种可穿戴式应变传感器以监测人体运动。结果表明,该两性离子水凝胶基应变传感器具有较高的应变敏感性（25 ℃,ε=250-500%,GF=4.68;-40 ℃,ε=0-100%,GF=1.71）和循环稳定性（25℃循环300次,-40℃循环100次）,可实时准确地监测人体运动,包括大规模的人体运动,如手腕、肘部、膝关节的弯曲运动和细微的人体运动（皱眉、吞咽和说话）。该两性离子水凝胶基应变传感器作为可穿戴电子设备具有潜在的应用价值。总之,本工作为开发宽温度范围内适用的多功能抗冻水凝胶传感器奠定了基础。
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