近期，我院紡織研究所杜宗良/王海波團隊在生物質基傳感器材料領域取得研究進展，系列研究成果在國際高水平刊物上發表。超疏水性可穿戴紡織電子器件在醫療監測和人工智能等領域有著廣泛的應用前景。MXenes是新興的二維（2D）碳化物和碳氮化物，具有超高的導電性和機械柔性，是制造可穿戴電子器件的理想候選材料。為了在惡劣條件下保持棉織物的高導電性和長期穩定性，通過在棉纖維基底上構建2D MXene納米片和零維（0D）硅納米顆粒(SiNPs)，成功地制備了防水和高靈敏度可穿戴的MX@SiNPs傳感器。制備的MX@SiNPs傳感器表現出對壓力、彎曲和扭轉的高性能傳感響應，具有超高的壓縮靈敏度（S1=12.23 kPa?1），在多次壓縮循環和超寬傳感范圍（壓力：8.8 Pa–70 kPa，彎曲度：0–180°，扭轉：0 - 628 rad m?1）下有穩定的電化學響應。而MX@SiNPs傳感器由于其分層結構和SiNPs層的低表面能，可以在潮濕和腐蝕條件下保持固有導電性。這種兼具防水和高靈敏度的MXene基棉織物為傳感器的廣泛應用和大規模制備奠定了基礎，延長了傳感器的使用壽命。相關研究以“Hierarchical design of waterproof, highly sensitive, and wearable sensing electronics based on MXene-reinforced durable cotton fabrics”為題發表在Chemical Engineering Journal上。
Scheme 1. Schematic illustration of the fabrication procedure of MX@SiNPs cotton fabric.
水凝膠作為一類高度親水的三維網絡結構，賦予了水凝膠傳感器特有的柔性和生物相容性，但目前水凝膠的斷裂強度和斷裂伸長率還不夠滿足作為柔性傳感器的需要。為了同時提高材料的高拉伸性和拉伸強度以及賦予水凝膠傳感器優異傳感性能，該團隊采用原位還原法用PDA將AgNPs沉積在纖維素納米纖維表面制備得到AgNPs沉積PDA包覆的纖維素納米纖維（PNAg），以PNAg纖維為互穿網絡，通過AM單體的自由基聚合制備了一種基于纖維素納米纖維（NFC）和聚丙烯酰胺（PAM）共價交聯網絡的PNAg水凝膠，并組裝得到水凝膠雙模式傳感器。纖維素納米纖維賦予水凝膠優異的機械性能；銀納米粒子為水凝膠傳感器提供了優異的抗菌性能和長效抗菌性能。相關研究以“Skin-inspired nanofibrillated cellulose-reinforced hydrogels with high mechanical strength, long-term antibacterial, and self-recovery ability for wearable strain/pressure sensors”為題發表在Carbohydrate Polymers上。該系列研究工作第一作者為博士研究生王雙，通訊作者為杜宗良教授和王海波副教授。
Scheme 2. Schematic illustration of the preparation of the nanocomposite hydrogel
該團隊一直致力于高性能生物基柔性傳感器材料的設計和開發，并進行全面和深入的探索，有望在未來的研究工作中取得更多的研究成果。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127363
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.117894
