上海
在柔性健康监测领域，导电水凝胶器件面临极端环境失活、缺乏自愈与治疗功能的共性难题。广东工业大学易国斌教授、秦延林教授团队创新开发出PVA-PAA-PDA-DES四元共晶水凝胶，通过氯化锌/乙二醇深共晶溶剂（DES）构建抗冻保湿网络（图1a-b）。扫描电镜揭示其多级孔结构（图1c），FT-IR与分子动力学模拟证实DES比例可精准调控约束水/自由水平衡——ZnCl₂提升保湿性（30天电导率>0.5 S·m⁻¹），EG增强抗冻性（-40℃电导率0.14 S·m⁻¹），分子模拟更显示DES使聚合物-水分子氢键增加23%（图2d），有效抑制冰晶形成。
示意图1.PVA-PAA-PDA-DES共晶水凝胶的合成示意图
图 1.PVA-PAA-PDA-DES共晶水凝胶的基本性能
图 2.PVA-PAA-PDA-DES 共晶水凝胶的 MD 模拟结果。
该材料展现卓越力学性能（图3）：Zn₀.₀₆EG₀.₂₇配比下实现1040%拉伸应变与80%压缩回弹，10次循环曲线几乎重叠；流变测试证实其在3200%高应变破坏后1秒自愈（图5c-e）。PDA提供的仿生粘附基团使其牢固贴附于皮肤等8类基底（图4a），抗穿刺切割特性（图4b,e）保障了使用可靠性。
图 3.PVA-PAA-PDA-DES 共晶水凝胶的机械性能。
图 4.PVA-PAA-PDA-DES 共晶水凝胶的多功能性。
图 5.PVA-PAA-PDA-DES 共晶水凝胶的自修复和稳定性。
作为应变传感器（图6），其性能全面领先：0.1-500%宽应变范围内灵敏度因子（GF）高达19.23，2000次拉伸循环无衰减。人体测试中（图7），传感器精准捕捉喉部吞咽的电阻骤升（图7b）、手指弯曲的阶跃信号（图7d）及肌肉收缩的周期性波动（图7i）。
图 6.PVA-PAA-PDA-DES 共晶水凝胶的传感特性。
图 7.用于可穿戴传感应用的 PVA-PAA-PDA-DES 共晶水凝胶。
研究突破在于融合诊疗功能（图8）：PDA赋予60秒升温57℃的光热转化能力，结合CNN算法解析肩部运动电阻信号——健康者曲线平滑，酸痛状态呈现低频小幅波动（图8c）。500组数据训练后AI对健康/酸痛/光热治疗状态的识别准确率超96%（图8f）。创新性开发T9输入式通信系统（图9a），通过30°/60°/90°手指弯曲组合实现"SOS"求救（图9c）及日常短句表达，CNN模型识别率达100%（图9i-k）。
图 8.共晶水凝胶传感器在监测和识别人体关节的正常和异常状态中的应用。
图 9.PVA-PAA-PDA-DES共晶水凝胶传感器的通信应用。
这项工作通过DES调控水分子状态攻克环境稳定性瓶颈，结合PDA光热转化与AI信号解译，首次实现肩周炎"疼痛监测-光热治疗-康复评估"闭环管理，为极地勘探、运动医学及无障碍通信提供了革新性电子皮肤平台。
来源：高分子科学前沿
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