Non-hygroscopic ionogel-based humidity-insensitive iontronic sensor arrays for intra-articular pressure sensing

压力传感器 材料科学 生物相容性 生物医学工程 纳米技术 机械工程 医学 工程类 冶金
作者
Junli Shi,Sai Xie,Zhiguang Liu,Minkun Cai,Chuan Fei Guo
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:11 (11) 被引量:14
标识
DOI:10.1093/nsr/nwae351
摘要

ABSTRACT Implanted pressure sensors can provide pressure information to assess localized health conditions of specific tissues or organs, such as the intra-articular pressure within knee joints. However, the prerequisites for implanted sensors pose greater challenges than those for wearables or for robots: aside from biocompatibility and tissue-like softness, they must also exhibit humidity insensitivity and high-pressure resolution across a broad pressure spectrum. Iontronic sensors can provide superior sensing properties, but they undergo property degradation in wet environments due to the hygroscopic nature of their active component: ionogels. Herein, we introduce a humidity-insensitive iontronic sensor array based on a hydrophobic and tough ionogel polymerized in a hydrophobicity transition yielding two hydrophobic phases: a soft liquid-rich phase that enhances ionic conductivity and ductility, and a stiff polymer-rich phase that contributes to superior toughness. We demonstrate the in vivo implantation of these sensor arrays to monitor real-time intra-articular pressure distribution in a sheep model, while assessing knee flexion with an angular resolution of 0.1° and a pressure resolution of 0.1%. We anticipate that this sensor array will find applications in various orthopedic surgeries and implantable medical devices.
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