我校松山湖医工融合创新中心林林教授团队在高性能水凝胶基柔性电子研究领域取得新进展

近日，松山湖医工融合创新中心林林教授团队与大湾区大学等科研团队合作在高性能水凝胶基柔性电子研究领域取得重要研究进展，团队开发了一种基于高分子微球模板化簇状交联策略的新型纳米复合水凝胶体系，实现了高强韧、低滞后和高稳定性的综合性能突破，为下一代智能可穿戴传感器和人机交互系统提供了新的材料设计方案。相关研究成果以题为”Microgel-templated cluster-crosslinked hydrogels for low-hysteresis soft electronics”发表于国际期刊Journal of Colloid and Interface Science（中科院大类一区，IF：9.6）。

传统导电水凝胶因具有柔软、生物相容和可变形等特点，在柔性电子、生理健康监测和智能机器人领域展现出广阔应用前景。然而，传统化学交联水凝胶通常存在韧性不足、循环加载过程中能量损耗大（滞后现象明显）以及长期疲劳稳定性差等问题，限制了其在动态应用场景中的发展。

针对上述挑战，研究团队提出了一种创新的高分子微球辅助疏水交联剂限域组装策略。该方法利用具有两亲性和纳米孔结构的高分子微球作为纳米储库，并诱导其成为簇状交联结构。进一步团队利用该团簇作为强化“岛屿”，构筑了具有独特的“海-岛”异质结构的高性能柔性水凝胶。该结构能够有效实现应力传递、裂纹阻滞和多尺度能量耗散，从而突破传统水凝胶强度与弹性之间的矛盾。

研究结果表明，优化后的水凝胶具有优异的力学性能，包括1250%的高拉伸应变、1201 kJ/m³的高韧性以及低于5%的循环滞后损耗，同时表现出卓越的抗疲劳能力，在长期循环变形过程中仍保持稳定结构和性能。此外，通过引入导电聚合物PEDOT:PSS，研究团队进一步赋予水凝胶稳定的电信号响应能力，实现了拉伸和压缩双模式传感。基于该导电水凝胶平台，团队还展示了其在智能健康监测和人机交互领域的应用潜力。作为柔性呼吸传感器，该材料能够集成于口罩中，实现对正常呼吸、深呼吸以及咳嗽行为的精准识别；同时，结合机器学习算法构建电子皮肤系统，实现了对肌电信号的高精度识别，其中随机森林模型对手势动作识别准确率达到93.4%。

该研究由松山湖医工融合创新中心、生物医学工程学院联合大湾区大学等科研团队共同完成。生物医学工程学院朱铭宁博士和24级生物医学工程硕士研究生孙硕为该论文的第一作者，我校林林教授和大湾区大学物质科学学院卢东冬研究员为该论文的通讯作者。该研究获得国家自然科学基金、广东省自然科学基金及英国威廉集团官网临床+基础科技创新专项等多个项目的支持。