Hidrogel stabil pentru senzori purtabili de la Janus Nanosheets

Senzorii flexibili, portabili, cu auto-vindecare, pentru a detecta mișcarea umană, creați folosind hidrogelul Janus nanosheets, sunt prezentați într-un studiu publicat în revista ACS Applied Polymer Materials.

Hidrogel super stabil pentru senzori purtabili de la Janus Nanosheets

Studiu: Senzori flexibili purtabili pentru detectarea mișcării umane cu hidrogeluri de gumă guar auto-vindecătoare și dure ale foilor Janus GO-P4VPBA/PDA. Credit imagine: Gilmanshin/Shutterstock.com

Hidrogeluri – Răspunsul la purtabile cu auto-vindecare?

Senzorii purtabili și flexibili (WFS) care traduc intrările bio-mecanice sau fiziologice în semnale observabile devin din ce în ce mai importanți în actuatoarele soft, sistemele de monitorizare a sănătății și interfețele om-mașină.

Pentru a facilita monitorizarea stimulilor fiziologici umani, este esențială crearea de substraturi fără alergii, extensibile și sensibile.

Hidrogelurile sunt considerate a fi o bază potrivită pentru WFS datorită biocompatibilității și moliciunii lor fascinante. Pe de altă parte, hidrogelurile tradiționale pe bază de biomasă au caracteristici mecanice slabe, nanostructuri ușor distruse și recuperabilitate scăzută, limitându-le sever utilitatea în aplicațiile de detectare. Astfel, este pertinent să construim un purtabil compatibil, dar durabil, cu auto-vindecare, pentru aplicații de detectare multifuncționale care oferă fiabilitate și adaptabilitate a semnalului.

Guma de guar la salvare

Guma de guar (GG), o polizaharidă naturală cu degradabilitate și biocompatibilitate, oferă potențial pentru hidrogeluri; cu toate acestea, hidrogelurile pur pe bază de GG prezintă caracteristici mecanice slabe, flexibilitate limitată și un răspuns lent de auto-vindecare.

În principiu, depășirea acestor probleme implică adăugarea unui mecanism de disipare a energiei prin construirea de rețele multistrat.

Longevitatea hidrogelului poate fi îmbunătățită folosind hidrogeluri cu rețea dublă, hidrogeluri nanomateriale și hidrogeluri înrudite hidrofob. Hidrogelurile nanomateriale, de exemplu, exploatează segregarea reversibilă a legăturilor polimerice și a nanoparticulelor pentru a obține nu doar flexibilitate și duritate, ci și auto-vindecare și recuperabilitate. Prin urmare, crearea de nanoparticule adecvate pentru a încorpora rețelele de hidrogel pe bază de GG-Biomass prin diferite interacțiuni este o tehnică viabilă pentru a crește flexibilitatea și eficacitatea de auto-vindecare a hidrogelurilor din biomasă.

Janus Nanosheets și cum pot ajuta

Materialele anizotrope care au arhitecturi sau caracteristici asimetrice sunt denumite nanofoi Janus (JN). Această structură asimetrică echipează JN-urile cu caracteristici spațiale unice care pot fi utilizate pentru a studia auto-asamblarea și identificarea țintei. În ceea ce privește caracteristicile compoziționale, JN-urile posedă două calități distincte sau opuse.

Ca rezultat, JN-urile sunt versatile și pot face față unor criterii de mediu mai dificile. JN-urile pot combina numeroase trăsături și calități într-o singură particulă. Aceste caracteristici fac ca dezvoltarea unor modalități precise și simple de a sintetiza JN-urile să fie atrăgătoare.

Cercetări privind pregătirea Nanosheets Janus

Multe proceduri pentru crearea JN-urilor au fost documentate până în prezent, și anume emulsie Pickering (PE), metode de auto-asamblare, separarea fazelor și microfluidice, printre alte metode. Este important să se ia în considerare faptul că layout-urile PE oferă avantajele caracteristicilor compoziționale particulare ale JN-urilor. Profitând de aceste caracteristici, cum ar fi bi-funcționalitatea, ușurința de proiectare și regularitatea JN-urilor, au fost produse o gamă de hidrogeluri JN funcționalizate cu capacități biomecanice și de auto-vindecare. Ca rezultat al acestor experimente, merită să se investigheze dacă încorporarea JN-urilor multifuncționale în WFS-uri pe bază de hidrogel poate duce la senzori rezistenți la oboseală și foarte sensibili.

Rezultatele studiului

În acest studiu, hidrogelurile din biomasă care conțin JN au demonstrat o biocompatibilitate excelentă, flexibilitate rezistentă, eficacitate de auto-vindecare, rezistență la oboseală și sensibilitate ridicată. Echipa a construit eficient JN-uri convenționale pe bază de oxid de grafen (GO) prin fuzionarea polimerizării cu transfer de lanț de fragmentare și adiție reversibilă (RAFT) într-un mediu PE cu biochimia inspirată de midii.

JN-urile au fost inserate într-o rețea de hidrogeluri din biomasă de gumă de guar/alcool polivinilic (GG/PVA) ca agent de întărire pentru a produce hidrogeluri nanomateriale folosind cicluri de înghețare și dezghețare. S-a demonstrat că hidrogelurile JN au o rezistență fizică excelentă și o eficacitate de auto-vindecare datorită capacității lor multifuncționale de a construi multe interacțiuni reversibile. În plus, senzorul pe bază de hidrogel JN a avut o sensibilitate relativ mare, un timp de reacție rapid și un prag de oboseală rezonabil.

Hidrogelurile JN au demonstrat aderența la diferite suprafețe de substrat, în timp ce nu provoacă disconfort celulelor pielii. Senzorul a demonstrat o sensibilitate și stabilitate excepționale pentru utilizarea ca senzor de presiune și capacitatea de a urmări mișcările umane variate fără histerezis. Pe scurt, senzorul bine conceput pe bază de hidrogel JN a oferit o gamă largă de aplicații pentru dispozitivele electronice portabile.

Referinţă

Zhang, N., Zhao, G. et al. (2022). Senzori flexibili purtabili pentru detectarea mișcării umane cu hidrogeluri de gumă guar cu auto-vindecare și rezistente din GO-P4VPBA/PDA Janus Nanosheets. Materiale polimerice aplicate ACS. Disponibil la: https://doi.org/10.1021/acsapm.2c00028

Disclaimer: Opiniile exprimate aici sunt cele ale autorului exprimate în calitatea sa privată și nu reprezintă neapărat punctele de vedere ale AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, proprietarul și operatorul acestui site web. Această declinare a răspunderii face parte din Termenii și condițiile de utilizare a acestui site web.

Leave a Comment

Your email address will not be published.