Page 49 - 《精细化工》2023年第11期

第 11 期 白忠薛，等: 生物质基水凝胶的传感应用进展 ·2361·

在 160%的应变下具有最高的断裂强度（281.51 kPa） 动，甚至可以检测吞咽、微笑、和面部表情等微应
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和韧性（61.61 kJ/m ）。最近，HE 等 [15] 开发了一种基 变行为。电阻变化率/%=(R−R 0 )/R 0 ×100，其中，R 0
于氧化羧甲基纤维素的自修复水凝胶，其具有优异 和 R 分别为初始电阻值和实时电阻值。
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+
的 Ag 传感和吸附能力。结果表明，此水凝胶对 Ag 具
有灵敏的检测和高吸附能力，检测限为 3.798 μmol/L，
最大吸附量为 407 mg/g。

注：ATCh 为乙酰硫代胆碱
+
图 5 通过化学接枝制造 CNF-DNA 以及对 Ag 和乙酰胆
碱酯酶的选择性识别 [62]
Fig. 5 Fabrication of CNF-DNA via chemical grafting and
+
the selective recognition of Ag ions and
acetylcholinesterase [62]

目前，大部分生物质基水凝胶生物传感器是将
探针分子固定在水凝胶中设计得到，主要通过分子
键合使水凝胶的体积或折射率发生变化，该方法限
制了可检测的分析物类型。因此，未来需要积极融
合数字科技，实现检测一站化，利用各学科优势，
通过跨学科合作将生物质基水凝胶生物传感器打造
得更智能、更精准、更快速。
2.2 应变传感
应变传感是指将应变信号按照规律转换成输出
电信号。生物质基水凝胶具有良好的拉伸性能、抗
疲劳性能、生物相容性和导电性等性能 [64] ，制备的
压力传感器能够进行良好的信号采集，可以精确监
测人体活动。QU 等 [65] 通过超声辅助合成的方法制
备了木质素增强的热响应型聚离子液体水凝胶。该
水凝胶表现出较高的拉伸性能（>1425%）和优良的
韧性（>132 kPa），并在体温范围内（36.5~37.3℃）
表现出显著的热响应灵敏度（0.217/℃），可用于实
时远程动作捕捉和手势识别。ZHENG 等 [66] 通过按

比例混合聚乙烯醇、硼砂、丝素蛋白和单宁酸设计 图 6 复合水凝胶黏附在皮肤上后的应变传感性能，包括手
了一种离子导电复合水凝胶。该水凝胶具有优异的 指弯曲（a）、手腕弯曲（b）和膝盖弯曲（坐下和站
拉伸性（应变>1000%），并与人体皮肤显示出良好 立）（c）；复合水凝胶的传感性能在切割和接触后的
自我修复能力（d） [66]
的保形接触。当受到外部应变损坏时，水凝胶可以
Fig. 6 Strain sensing performances of composite hydrogel
在没有外部刺激的情况下快速自我修复。如图 6 所 when adhering to the skin, relative resistance
示，该导电水凝胶还具有较宽的应变传感范围 changing over time during finger bending (a), wrist
bending (b), and knee bending (c) (sitting down and
（>650%）和可靠的稳定性，将其附着在皮肤表面
standing); Sensing properties of composite hydrogels
时可以监测手指关节、腕关节、膝关节等大应变运 ability to self-repair after cutting and contact (d) [66]