Responsive Microgel-Reinforced Multiple Dynamic Cross-Linked Hydrogels with High Toughness and Low Hysteresis for Bioelectronic Sensor

自愈水凝胶 标度系数 材料科学 韧性 极限抗拉强度 磁滞 纳米技术 复合材料 压力(语言学) 丙烯酰胺 纳米柱 机械强度 人工肌肉 智能材料 电容感应 蠕动 微流控 聚合物 自愈 断裂韧性 胶粘剂 钢筋 压阻效应 纳米尺度 生物相容性
作者
Dongdong Lu,Yubin Liang,Qiangwei Wang,Shuo Sun,Mingning Zhu
出处
期刊:Biomacromolecules [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.biomac.5c01904
摘要

Microgel-introduced B-N coordination-mediated hydrogels were fabricated by in situ copolymerizing acrylamide (AAm) within phenylboronic acid-functionalized microgel (MG(APBA)) dispersions. The dynamic energy-dissipation mechanisms arise from topological entanglements, reversible B-N coordination, multiple hydrogen bonds, and hydrophobic interactions, enabling the formation of robust networks without additional chemical cross-linkers. By tuning MG(APBA) and AAm concentrations and adjusting pH, the mechanical properties were precisely optimized. The optimized hydrogel 4MG(APBA)-35PAAm (pH 7.4) exhibits a tensile strength (452.1 kPa), a fracture strain (2400%), a toughness (4075.7 kJ/m3), ultralow hysteresis, and outstanding fatigue resistance. CNT incorporation provides sensitive electromechanical responses, with a gauge factor (GF) of 7.25, pressure sensitivity of 1.65 kPa-1, and stable cycling over 500 cycles. The hydrogels are cytocompatible and enable real-time motion sensing and force mapping. This work demonstrates that microgel reinforcement and synergistic dynamic interactions markedly enhance the mechanical and sensing performance of hydrogels.
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