基于海藻的传感器充当健康监测的第二层皮肤

可穿戴技术通常采用灵活轻便的材料，以提高舒适性和可穿戴性。尤其是聚合物基材料，由于其灵活性、耐用性和顺应身体的能力，在可穿戴设备中显示出了巨大的前景。然而，随着越来越多的研究表明废弃电子产品对环境的影响，许多开发商正在研究更可持续的材料。

本周，苏塞克斯大学的研究人员发表了一篇新论文，描述了一种基于海藻的聚合物可穿戴传感器替代品。除了在环境中更干净地分解外，新传感器还被证明比塑料或橡胶传感器更灵敏、更准确，这证明了它在监测人的生命体征方面的价值。在这篇文章中，我们将讨论聚合物在可穿戴设备中的作用，围绕聚合物的可持续性问题，以及苏塞克斯研究人员的新研究。

 

研究人员制作石墨烯和海藻水凝胶的成分非常简单且可生物降解，研究人员将其描述为“可食用”。图片由苏塞克斯大学提供

 

聚合物与可持续发展的探索

聚合物在广泛的电气工程应用中发挥着至关重要的作用，包括电池电极和涂层。聚合物材料在一个特殊的研究领域大放异彩，那就是柔性电子可穿戴传感器。在这种情况下，基于聚合物的压阻传感器可以基于电阻的变化来检测机械应变。这种功能用于可穿戴设备，可以帮助检测佩戴者的动作，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，包括基于混合相纳米材料的材料、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的示例。图片由ResearchGate提供

 

虽然这些材料被认为具有成本效益和高性能，但围绕它们的一个主要问题是可持续性。由于这些传感器是基于聚合物的，因此不可生物降解，最终会在处理过程中产生电子垃圾。此外，这些设备的制造过程通常涉及使用导致塑料垃圾的危险溶剂。这些材料的碳足迹可能会损害其商业可行性，并且随着围绕环境责任的政策不断演变，可能会阻止它们进入市场。

因此，有必要确定对环境友好和可生物降解的替代材料。研究人员正在探索其他选择，以制造不会危害地球的有效装置，而不是依赖不可回收、高度交联的橡胶。

 

海藻基水凝胶加入混合物

为了解决这些问题，苏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，性能优于现有的合成水凝胶和纳米材料。

根据这篇研究论文，新的传感器是通过将原始石墨烯的水溶液整合到藻类基质中来制造石墨烯-藻类水凝胶来制造的。基于海藻、岩盐和水等天然材料与石墨烯的结合，这种新型传感器是目前主导市场的聚合物解决方案的更可持续的替代品。

虽然海藻本身起着绝缘体的作用，但在海藻混合物中添加大量石墨烯会产生导电膜。当这种薄膜被浸泡在盐浴中时，研究人员观察到薄膜很快吸收了水，形成了一种“柔软、海绵状、导电的水凝胶”。

  

基于海藻的传感器开发过程。图片由ACS可持续化工提供。工程师。

 

据称，所得到的水凝胶具有迄今为止报道的应变传感器的最低杨氏模量（约0.6Pa），并且具有压阻特性，使得压力传感能力远远超过商业和文献水凝胶系统的极限。事实上，这些传感器非常灵敏，可以测量到质量只有2毫克的物体，相当于一个雨滴撞击它们的表面。

有了这种新的传感器，研究人员相信他们已经找到了一种方法来创造更环保的可穿戴解决方案，而不会影响性能。研究人员还看到了这种水凝胶在健康监测行业的重要价值，为临床级可穿戴传感器打开了大门，该传感器可以作为临时纹身或第二皮肤。该解决方案由全天然成分制成，重量轻、舒适、安全，可替代含有电线和导线的侵入性医院仪器。此外，据报道，藻类石墨烯水凝胶也比现有的基于聚合物的可穿戴设备更灵敏、更准确。