多倫多大學劉新宇教授團隊《iScience》綜述：類皮膚水凝膠及其在可穿戴傳感，軟體機器人以及能量收集等方面的應用
皮膚作為人體最大的器官，近年來為科學家設計新型可拉伸電子帶來了諸多啟發。通過精巧地設計并組合相關電子元器件及彈性體材料，研究人員已成功開發出諸如電子皮膚（electronic skin）等仿人體皮膚的電子設備，并在可穿戴電子，可穿戴康復機械人和軟體機器人等領域展現了巨大的應用前景. 而以離子水凝膠為代表的軟材料，由于其優異的生物兼容性，更加接近生物組織的機械和電學特性，目前吸引了大量研究精力投入其中，以便將其開發并集成到可穿戴傳感，軟體機器人等應用中，從而確保更安全，更智能的人機互動。
日前，多倫多大學劉新宇教授團隊在 Cell Press 子刊 iScience上 總結并討論了類皮膚水凝膠的研究進展。文章首先總結了目前水凝膠的增韌方法及原理，增加離子導電性的方法。文章隨后描述了目前提高水凝膠鎖水，抗凍和粘貼的若干策略。應用方面，文章主要介紹了目前離子水凝膠在可穿戴物理和化學傳感，軟體機器人柔性電極及可拉伸傳感，和柔性自發電能量收集等方面的進展。最后，作者討論了離子水凝膠存在的挑戰和機遇， 包括多模態傳感，新型加工制備方案，結合大數據和水凝膠離子計算的下一代智能，以及可拉伸的儲能設備。
圖1 人體皮膚示意圖及類皮膚水凝膠目前的進展和應用總結
圖2 雙網絡水凝膠的代表結構和他們的合成策略。
圖3 基于導電聚合物的水凝膠
圖4 新型導電凝膠
圖5 水凝膠粘貼
圖6 水凝膠生物機械傳感器
圖7 水凝膠溫度傳感器
圖8 水凝膠生物化學傳感器
圖9 水凝膠多模態傳感器
圖10 基于離子凝膠的軟體機器人
論文第一作者應斌斌博士曾在麥吉爾大學和多倫多大學聯合培養，目前正在麻省理工學院機械工程系從事博士后研究工作。研究方向為ingestible bioelectronics and biosensors。
多倫多大學劉新宇教授為本文通訊作者。多倫多大學劉新宇教授團隊長期致力于微納和軟體機器人學、柔性電子器件、微流控器件與系統等機理研究以及應用開發。該研究受到了加拿大自然科學和工程研究理事會和加拿大創新基金會的資助。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004221011421?via%3Dihub
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