基于海藻的水凝胶传感器，可作为健康监测的第二层皮肤

这种水凝胶传感器由海藻、岩盐、水和石墨烯制成，相较于用于健康监测可穿戴设备的聚合物解决方案而言，其是一种更具可持续性的替代方案。

可穿戴技术通常采用柔软轻质的材料，以增加舒适度和便携性。聚合物材料因其良好的柔韧性、耐用性和粘附性，在可穿戴设备中展现出了广阔的应用前景。然而，随着越来越多关于废弃电子产品对环境影响的研究开展，人们开始寻找更具可持续性的环保材料。

据麦姆斯咨询报道，近期，萨塞克斯大学（University of Sussex）的研究人员提出一种用海藻替代聚合物的可穿戴传感器解决方案。基于海藻的新型传感器不仅可生物降解，还比基于塑料或橡胶的传感器更灵敏、更精准，展现了其在监测人体生命体征方面的优势。相关研究成果以“Food-Inspired, High-Sensitivity Piezoresistive Graphene Hydrogels”为题发表在American Chemical Society期刊上。本文将简要探讨聚合物在可穿戴设备中的应用，及其面临的可持续性问题，以及萨塞克斯大学的这项最新研究成果。

萨塞克斯大学研究制备的石墨烯海藻水凝胶，成分简单且可生物降解，研究人员称其“可食用”。

聚合物材料及其可持续性的探索

聚合物材料在许多电气工程应用中发挥着重要作用，例如电池电极和涂层。柔性电子可穿戴传感器是聚合物材料的一个典型研究领域，基于聚合物的压阻传感器可以根据电阻变化来检测机械应变。这种性能用于可穿戴设备，可以帮助监测穿戴者的运动行为，从而更好地跟踪他们的健康状况。

研究人员探索了不同的材料来开发这些压阻传感器，包括纳米复合材料、弹性聚合物基底上的纳米材料沉积或导电聚合物。

基于聚合物的压电机械传感器示例

这些聚合物材料虽然具有低成本和高性能的优点，但它们面临的一个主要问题是可持续性。因为基于聚合物的传感器无法生物降解，最终会产生电子垃圾。此外，其制造过程通常需要使用有害溶剂，会导致塑料垃圾。这些材料的碳足迹还可能会影响其商业前景，并且随着环境责任政策的变化，可能会限制它们进入市场。

因此，有必要开发对环境友好和可生物降解的替代材料。研究人员不再依赖于不可回收、高度交联的橡胶，转而开始探索其他方法来制备既有效又无害的器件。

基于海藻的新型传感器

为了解决这些问题，萨塞克斯大学的研究人员开发了一种新型传感器，该传感器完全可生物降解，并且性能优于现有的合成水凝胶和纳米材料。

研究称，这种新型传感器通过将无污染的石墨烯水溶液与藻类基质结合，从而制成石墨烯海藻水凝胶。天然材料（海藻、岩盐和水）与石墨烯的结合，使这种新型传感器成为目前主流聚合物解决方案的可持续替代方案。

虽然海藻本身是一种绝缘体，但在海藻混合物中添加大量石墨烯会形成导电薄膜。研究人员发现，当这种薄膜浸泡在盐水中时，会迅速吸收水分，形成一种“柔软、海绵状、导电的水凝胶”。

基于海藻的传感器开发过程

研究人员称，石墨烯海藻水凝胶具有最小的杨氏模量（约0.6 Pa），适用于应变传感器，并具有压阻特性，其压力传感能力远超商用和文献报道的水凝胶传感器。事实上，这种水凝胶传感器非常灵敏，可以测量质量仅为2毫克的物体，相当于一颗雨滴撞击表面。

研究人员称，这种新型传感器能够实现更环保的可穿戴解决方案，同时不会牺牲其传感性能。它在健康监测领域具有重要价值，为临时纹身或第二层皮肤的临床级可穿戴应用打开了新的大门。由于基于纯天然材料制成，该解决方案是含有电线和引线的侵入性医疗器械的一种轻便、舒适、安全的替代方案。此外，石墨烯海藻水凝胶与现有的基于聚合物的可穿戴设备相比更灵敏、更精准。

相关论文：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.2c06101

审核编辑 ：李倩