近年來，水凝膠因其良好的生物相容性、力學柔韌性和環境友好等特點在可穿戴集成電子器件方面顯示出巨大的優勢。但是，目前報道的水凝膠傳感器很難同時兼備高拉伸、高敏感度因子?(gauge factor)?和低溫自愈合等特性，同時水凝膠極易在室溫條件下失水，導致粘附性喪失和電學響應性能降低，這對水凝膠柔性可穿戴器件提出了新的挑戰。此外，目前報道的水凝膠溫度傳感器由于高溫條件下失水加劇，很難表現出寬溫度響應區間、高電阻-溫度系數（TCR）以及良好的溫度傳感可重復性。
針對目前水凝膠柔性傳感器存在的敏感度因子低、低溫自愈合效率差、室溫失水嚴重和難以檢測人體溫度等缺點，基于之前的研究工作（Adv.?Funct. Mater.?2018, 28, 1802576;?J. Mater. Chem. A?2019, 7, 5949-5956;?Adv. Mater.,?2017, 29, 1606411;?ACS Nano, 2018, 12, 56-62），南京工業大學董曉臣教授課題組通過人體肌肉纖維納米材料仿生設計，在高分子水凝膠中引入聚苯胺納米纖維?(PANI NFs)和甘油，制備了高敏感度因子、可低溫自愈合、高保水抗蒸發和高電阻-溫度系數的多功能水凝膠傳感器，傳感器可用于柔性觸摸板及“人工發燒-退燒指示劑”等領域。
Figure 1. 肌肉纖維仿生增強水凝膠可拉伸性；纖維狀神經細胞對刺激信號的“感知-傳輸-處理”機制；纖維狀PANI NFs的SEM圖；水凝膠組成及各組分間的相互作用。
通過人體肌肉纖維仿生設計，PANI NFs力學增強水凝膠表現出優異的雙軸面積延伸率（1500%）、快速鑄模成型及高拉伸性和高導電性。
Figure 2. PPBN-水凝膠自愈合性能與自愈合時間和次數的關系；PPBN-水凝膠在冷凍條件下（-26℃）的自愈合能力；PUN-和PPBN-組成的異質水凝膠自愈合性能；自愈合機理。
首先，該基于甘油/水二元溶液水凝膠前驅體體系中，甘油可以抑制低溫條件下冰晶的形成，確保高分子鏈在低溫下具有良好的運動能力；其次，PANI NFs之間的氫鍵作用、PANI NFs與甘油之間的氫鍵作用、PAA與Fe3+之間的配位螯合作用、PANI與PAA之間的靜電相互作用確保該水凝膠低溫下具備良好的自愈合能力。
加熱條件下，PANI?NFs納米纖維界面會之間發生carrier?hopping，具有較高的溫度膨脹系數，使得該水凝膠傳感器可用于溫度傳感，其電阻-溫度系數（-0.016 °C?1）遠高于已報道柔性可拉伸溫度傳感器；同時該傳感器表現出較快的溫度響應和熱源-距離依賴性。
Figure 4. 水凝膠溫度傳感器用于“artificial fever indicator”。
為進一步探究該水凝膠溫度傳感器的實際應用性能，董曉臣教授帶領團隊進一步將溫度傳感器制成“artificial fever indicator”，研究了其對模擬“人工發燒-退燒”過程的溫度響應性能。
該研究成果以題為“Muscle-Inspired Self-Healing Hydrogels for Strain and Temperature Sensor”發布在國際著名期刊ACS?Nano(DOI: 10.1021/acsnano.9b07874)上。
