HYDROGEL
项目摘要
水凝胶作为近年来新兴的、具有高导电性和类似组织柔韧性的传感器材料，在医疗康复、智能控制和人机交互领域上具有重要意义。但由于水凝胶中存在水分子而易发生脱水和低温冻结，从而限制了传感器在极限条件下的使用范围。本项目将基于这一问题探索具有湿度自适应防冻性水凝胶（离子共混水凝胶PBLL），并将其应用到人机交互系统、可穿戴电子设备、智能控制、运动评估的多项发明应用。
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水凝胶作为近年来新兴的、具有高导电性和类似组织柔韧性的传感器材料，在医疗康复、智能控制和人机交互领域上具有重要意义。但由于水凝胶中存在水分子而易发生脱水和低温冻结，从而限制了传感器在极限条件下的使用范围。本项目将基于这一问题探索具有湿度自适应防冻性水凝胶（离子共混水凝胶PBLL），并将其应用到人机交互系统、可穿戴电子设备、智能控制、运动评估的多项发明应用。
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纯PVA水凝胶的断裂强度大约为0.22MPa。而本项目中BH与 PVA和LE形成氢键，在水凝胶内形成致密氢键网络，LiCl 削弱氢键增加水分子键长，使水凝胶有更大变形空间，具更强弹性、韧性、扭曲和弯曲能力。
Read More（1）防冻性：纯PVA水凝胶凝固点为-20℃。本项目中使用BH和LiCl，由于BH具有很强的亲水性，可以与水分子形成强大的相互作用力，阻止水分子在低温下有序排列，而LiCl其晶体结构中的空隙可以吸附和容纳水凝胶中的游离水分子，BH和LiCl的协同作用可以防止水分子在低温下有序排列成冰晶。
（2）高保水性：纯PVA水凝胶的失水量会达到其原始重量的40%。而本项目中LiCl 晶体含大量孔隙和空腔吸附保留水分子，形成水合物，水分子与 LiCl 离子静电力使其保持湿润。
（1）抗菌性能：BH具有高溶解度和离子活性。它可以破坏和干扰细菌细胞膜结构，LiCl会破坏细菌细胞内的电解质平衡，LE可以破坏细菌细胞壁的完整性，导致细菌裂解和死亡。
（2）生物相容性: 通过与L929细胞体外共培养，与对照组相比PBLL水凝胶组有相似的细胞密度和细胞活力，可在生物医学材料领域发挥优势。
（3）传感器性能：PBLL具有较高的应变系数，并且在低温条件下仍可保持，当被外力作用时，通过测量电阻变化可以获得与所施加外力有关的电信号。
水凝胶因具有良好的柔韧性、导电性、生物相容性等特性，近年来受到广泛关注，尤其在医疗康复、运动分析等传感器领域应用前景广阔。美国、日本和欧洲多国开发出应用于生物传感器、柔性电子器件的水凝胶材料。以美国为例，研究团队已实现水凝胶在温度和湿度变化下对生物信号的准确感知。国内研究起步稍晚，但近年来已快速跟进，在水凝胶的导电性、抑菌性和环境响应特性方面取得显著进展，并提出通过优化水凝胶材料的结构以提升其在低温环境下的应用性能。
