水凝胶的亲水结构使其能够在三维网络中容纳大量的水,这赋予了它们良好的生物相容性和广泛可调的物理化学性能。随着科学技术的发展,基于导电水凝胶的柔性可穿戴传感器在人机界面交互、超灵敏电子皮肤及个人健康诊疗中具有广泛而重要的应用,这引起了极大的研究关注。本文依据当前的研究进展,介绍了两种具有优异性能的水凝胶可穿戴传感器,分别为可抗冻抗热的、长期稳定的、可自修复的、超灵敏的有机水凝胶传感器和可自修复的、可控释药的、超灵敏的水凝胶传感器。具体工作如下:1.使用聚乙烯醇(PVA)、苯硼酸接枝的海藻酸钠(Alg-PBA)和聚丙烯酰胺(PAM)组成有机水凝胶的聚合物网络,并将乙二醇-水的二元溶剂加入体系中,添加石墨烯作为纳米导电填料,成功制备了同时具有抗冻抗热性、长期稳定性、高灵敏传感性和可自修复性的有机水凝胶传感器。探究了石墨烯的浓度、丙烯酰胺加入量以及乙二醇加入量对传感性能与力学性能的影响。之后将传感器负载到人体上,在寒冷和炎热环境中进行了手指弯曲、脉搏、按压莫尔斯码等一系列人体动作的测量。最终的结果表明,该传感器即使在极端环境(-40℃或60℃)下也具有高的灵敏度(0.1122 kPa-1)、宽的检测范围(0.05 kPa-100 kPa)、快的响应速度(0.10 s)、稳定的传感性能(500次)。此外,该传感器即使在常温环境保存20天也能保持完好的传感性能和力学性能。基于有机水凝胶的传感器还可以与无线传输设备组装成电子皮肤,用于无线传输监控人体活动。这说明该研究成果为制造具有优异耐温性、长效稳定性和自愈能力的超灵敏传感器铺垫了道路,此类传感器可用于智能电子皮肤、人体健康监测和人机界面交互等领域。2.通过将导电纳米材料MXene加入到聚乙烯醇(PVA)、硼砂、低熔点琼脂糖组成的水凝胶体系中,制备得到了柔性水凝胶压敏传感器。同时,在水凝胶中加入了抗菌药物莫西沙星盐酸盐(MOX);利用MXene的近红外光热效应和琼脂糖易熔化的特点,可以实现可控释药。我们对该传感器的物理性能、不同压力下的传感性能、自修复性能以及近红外光照射下的释药性能进行了探究。研究结果表明,该传感器具有非常高的灵敏度因数(0.05 kPa-1)。同时,该表皮传感器保持了非常高的自修复效率,在15分钟内自修复效率就能达到85%以上。此外,在近红外光(880 nm、1 W)照射下,该传感器可以释放出抗菌药物MOX,以达到表皮伤口及时抑菌的效果。该传感器可以与无线传输装备耦合,对人体的各种活动进行监测;如果人体表皮出现伤口,可以将水凝胶转移至伤口处并用近红外光照,从而释放出抑菌药物MOX。这证实了该研究成果在人体运动监测、智能医疗与伤口处理等领域的适用性。