Nucleotide-Regulated Tough and Rapidly Self-Recoverable Hydrogels for Highly Sensitive and Durable Pressure and Strain Sensors

自愈水凝胶 离子键合 软机器人 韧性 材料科学 核苷酸 化学 纳米技术 高分子化学 复合材料 计算机科学 生物化学 离子 基因 执行机构 有机化学 人工智能
作者
Qin Zhang,Xin Liu,Xiuyan Ren,Fei Jia,Lijie Duan,Guanghui Gao
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:31 (15): 5881-5889 被引量:107
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.9b02039
摘要

Flexible and stretchable hydrogels have drawn much attention as wearable sensors; however, most hydrogel sensors usually suffer from poor mechanical toughness and self-recovery, causing great limitation in their application for repeated sensing. Here, highly stretchable, tough, and antifatigue hydrogels are fabricated by incorporating nucleotide (adenosine monophosphate, AMP) into hydrophobic association polyacrylamide (PAAm) networks. As a dynamic connected bridge, AMP significantly regulates mechanical performances of hydrogels, wherein the anionic phosphate groups from AMP form ionic bonds with cationic micelles and the nucleobases of AMP bind with PAAm chains through hydrogen bonds. The noncovalent synergistic interactions in the hydrogel networks contribute to achieving fast self-recoverable and antifatigue behaviors at room temperature without any external stimuli. More importantly, the nucleotide-regulated hydrogel presents durability and high sensitivity as pressure and strain sensors for the detection of various mechanical deformations. As a result, the hydrogels are successfully designed as wearable sensors for sensing various large and subtle human motions, including the bending of elbow, wrist, and finger and even the vibrations of the rib cage and larynx. It is envisioned that the nucleotide-regulated hydrogels would find broad applications in electric skins, medical monitoring, soft robotics, and flexible touch panels.
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