具有良好保形能力和自我修復特性的軟資料（如水凝膠）在人機界面領域顯示出相當大的前景。然而，製造具有優异粘附效能、良好機械特性和監測穩定性的可穿戴水凝膠仍然是一項重大挑戰。近日，科研人員提出了由氫鍵輔助生成超分子拓撲結構的策略，以開發用於人機界面應用的自修復保形水凝膠。通過原位聚合策略，將腺嘌呤、葫蘆[7]脲和客體分子引入丙烯醯胺基質，製備了具有可調機械和粘附效能的Ax-HGy水凝膠。通過平衡內聚力和粘附力，由主客體超分子相互作用和基於氫鍵的超分子相互作用驅動，協調的雙交聯網絡產生良好的機械強度（在1082%的斷裂應變下為120 kPa），優异的粘附强度（高於154 kPa），良好的自愈效能（5 h內自愈效率達93.82%），超高的監測靈敏度（800%應變下的GF為32.39）。作為一款可穿戴感測器，A2.0-HG0.15水凝膠可以重複、準確地監測各種類型的身體運動和生理訊號。可以預見，這種基於協調超分子拓撲的自修復保形水凝膠將在軟機器人和人機界面領域具有廣闊的前景。
圖1 Ax-HGy水凝膠的合成與拓撲示意圖。
圖2（a）隨著AA1CB[7]@CDMAPAA內容（上排）和ADMAPAA內容（下排）新增的拓撲變化。不同量（b）ADMAPAA和（c）AA1CB[7]@CDMAPAA的Ax-HGy水凝膠的拉伸應力-應變曲線。（d）A2.0-HG0.15水凝膠在700%應變下多次迴圈的加載-卸載拉伸曲線。不同量的（e）ADMAPAA和（f）AA1CB[7]@CDMAPAA的Ax-HGy水凝膠的韌性和彈性模量值。（g）A2.0-HG0.15水凝膠在加載-卸載測試期間在不同應變下的滯後能和應力。
圖3（a）水凝膠的機械接觸測試和（b）水凝膠的搭接剪切測試示意圖。通過對具有不同量（c）ADMAPAA和（d）AA1CB[7]@CDMAPAA的水凝膠進行機械接觸測試獲得的粘附力和粘附能值。通過對具有不同量的（e）ADMAPAA和（f）AA1CB[7]@CDMAPAA的水凝膠進行搭接剪切測試獲得的粘合强度值。（g）A2.0-HG0.15水凝膠對不同基材的粘附强度。（h）A2.0-HG0.15水凝膠對猪皮在多個迴圈中的粘附强度。（i）各種報導的自粘水凝膠的粘合强度的比較。（j）A2.0-HG0.15水凝膠對不同基材的粘附照片，包括雞心、雞肝、雞肌肉、雞皮、聚四氟乙烯、不銹鋼、玻璃、塑膠和橡膠。（k）兩塊玻璃由A2.0-HG0.15水凝膠連接，重量超過1.0公斤。
圖4（a）A2.0-HG0水凝膠、（b）A0-HG0.10水凝膠、（c）A0-HG0.15水凝膠和（d）A2.0-HG0的週期性階躍應變掃描。（e）基於應變的A2.0-HG0.15水凝膠的自愈效率。（f）A2.0-HG0.15水凝膠自愈的照片和光學顯微影像。（g）自愈十分鐘後水凝膠拉伸的照片。
相關論文以題為Supramolecular topology controlled self-healing conformal hydrogels for stable human–machine interfaces發表在《Journal of Materials Chemistry C》上。通訊作者是山東大學譚業邦教授。
參考文獻：
doi.org/10.1039/D2TC01014C