Amylopectin based hydrogel strain sensor with good biocompatibility, high toughness and stable anti-swelling in multiple liquid media

自愈水凝胶 生物相容性 肿胀 的 材料科学 韧性 化学工程 聚乙烯醇 聚合物 复合材料 高分子化学 工程类 冶金
作者
Yan Gao,Yi Wang,Yuyin Dai,Qi Wang,Peng Xiang,Yinghua Li,Guanghui Gao
出处
期刊:European Polymer Journal [Elsevier BV]
卷期号:164: 110981-110981 被引量:56
标识
DOI:10.1016/j.eurpolymj.2021.110981
摘要

• PVA and Amy endowed hydrogel with excellent biocompatible and non-toxicity. • The hydrogel exhibited stable anti-swelling performance in multiple liquid media. • The hydrogel with ultra-toughness and fatigue resistance for strain sensors. • Hydrogel with high sensitivity served as transducer for monitoring human motions. Anti-swelling hydrogels have been used as underwater sensors, underwater actuators and artificial biomimetic cartilage. In order to improve the anti-swelling property, most hydrogels introduce environment-unfriendly chemical crosslinkers or organic solvents into the polymer network to enhance the crosslinking density of the network, which limits their application in the body. Therefore, we settled a dense hydrogen-bond network by introducing hyperbranched amylopectin (Amy) into polyvinyl alcohol (PVA) to prepare a non-toxic, biocompatible, tough hydrogel sensor. In addition, the hydrogels exhibit significant anti-swelling performance in various liquid media (such as swelling rates = 3.55%, in seawater) and excellent mechanical properties due to strong intermolecular hydrogen bond between Amy and PVA as well as the salting-out effect induced by sodium chloride (NaCl). Moreover, the hydrogels show moderate sensitivity (GF = 4.96), rapid response, signal stability and negligible hysteresis, which can be used to detect a variety of physiological signals and human movements. More significantly, the hydrogels have excellent biocompatibility and potential application prospects in the implantable sensors and medical fields.
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