摘要
作为柔性可穿戴传感器的基体材料，水凝胶凭借其独特的生物组织相似性和良好的生物相容性，在可穿戴医学诊疗领域展现出巨大的发展潜力和商业应用前景。然而传统水凝胶存在机械强度较低、导电和传感性能欠佳、自修复和自粘附性能较差等问题，导致组装的传感器传感性能差、功能相对单一，不仅无法进行人体多尺度运动信号和电生理信号的高性能监测，也难以同时集成医学诊断和治疗功能。因此，本论文旨在通过引入新兴二维纳米材料MXene作为导电填料，开发自修复、自粘附的多功能纳米复合导电水凝胶，并组装成柔性传感器用于人体健康监测和伤口治疗，为导电水凝胶多功能化和可穿戴医学诊疗一体化的发展给予新的思路。具体如下: 1.首先将制备得到的MXene纳米片掺入由硼砂(Borax)、醛基化硫酸软骨素(OChS)和明胶(Gelatin)有效构建的水凝胶网络中，得到一种基于动态相互作用的MXene/OChS-Borax/Gelatin多功能导电纳米复合水凝胶。体系中动态硼酸酯键、席夫碱反应形成的动态亚胺键及氢键等,共同赋予了MXene导电纳米复合水凝胶高效的自修复性能;此外，由于MXene纳米片的掺入，该水凝胶表现出显著增强的机械性能(断裂伸长率高达～600％、断裂强度高达201.74kPa)、有效提升的导电性能和传感性能。同时，该MXene导电纳米复合水凝胶具有良好的生物相容性，以及对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有效的抗菌性能(抑菌率分别为91.4％和94.9％)。MXene导电纳米复合水凝胶优良的机械性能、导电性能、传感性能、自修复性能和生物方面的特性，为其在可穿戴柔性传感和生物医学方面的应用提供了充分支持。 2.此外，由于高分子链上的活性基团提供了大量的相互作用位点，MXene导电纳米复合水凝胶可以对皮肤等不同材料表面表现出可重复的粘附能力，并在人体皮肤上保持了良好的顺应性，因此可被组装为多功能可穿戴柔性传感器用于健康监测、可穿戴人机交互和伤口止血治疗。基于MXene导电纳米复合水凝胶的柔性传感器能够表现出高灵敏度(GF=0.98)、宽检测范围(高达300％)及良好稳定(～140次)的拉伸应变传感性能，在采集监测人体大尺度运动(手腕、颈部及手肘弯曲)和小尺度运动(桡动脉跳动、颞下颌关节运动)信号及远程综合诊断心血管或颞下颌疾病等方面具有极大的应用潜力;可以与无线传输设备集成用于可穿戴人机交互，为手语识别创造理想平台。同时，MXene导电纳米复合水凝胶传感器较商用电极具有更高的信噪比(SNR=19.7dB)和更低的皮肤界面阻抗，可以灵敏、稳定监测电生理信号，如跑步状态下的心电(ECG)信号和不同肌肉活动强度的肌电(EMG)信号，有助于心血管或肌肉疾病诊断和运动健康、康复训练监测。另外，具有良好生物相容性和可靠抗菌性能的MXene导电纳米复合水凝胶可用于安全、便捷、高效的伤口止血治疗，为推动诊疗一体化的个性化医疗保健提供新的思路。
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