本文采用银纳米线（AgNWs）对柠檬酸基可降解聚酯弹性体（POC-PEG）表面进行功能化制备了导电弹性体（POC-PEG/AgNWs），研究了POC-PEG/AgNWs传感器对拉伸应变和弯曲应变的响应性能及其在人体运动监测中的应用。

导读

柔性电子材料是各种可穿戴电子器件的核心，高分子弹性体与功能组分的复合是构筑柔性电子材料的重要方法。但是，大多已商业化的高分子弹性体未考虑可降解性和生物相容性，限制了它们在绿色和生物相关电子设备中的应用。开发可降解高分子弹性体及其功能材料对减少电子垃圾污染、拓展柔性电子器件的应用领域具有重要意义。

正文

以柠檬酸（CA）、1,8-辛二醇和聚乙二醇（PEG）为单体，通过熔融缩聚法制备了柠檬酸基可降解聚酯弹性体（POC-PEG），研究了PEG用量对弹性体热性能和力学性能的影响。进一步采用银纳米线（AgNWs）对POC-PEG表面进行功能化制备了导电弹性体（POC-PEG/AgNWs），研究了POC-PEG/AgNWs的表面形貌及AgNWs层厚度的可控性。

此外，研究了POC-PEG/AgNWs传感器对拉伸应变和弯曲应变的响应性能及其在人体运动监测中的应用。POC-PEG/AgNWs传感器对拉伸应变的灵敏度可达231.6、响应时间为35 ms，可至少稳定性响应800次。此外，POC-PEG/AgNWs传感器对弯曲应变也具有良好敏感性，灵敏度高达3667.5，响应时间为62 ms。基于其优异的应变敏感性，POC-PEG/AgNWs传感器可用于无线监测各种人体运动和生理活动（图1）。

图1. 用于人体运动监测的POC-PEG/AgNWs可穿戴无线应变传感器。(A)传感器对手指关节弯曲的电阻响应，(B)手腕弯曲，(C)手肘弯曲，(D)膝盖弯曲，(E)握拳引起的肌腱运动，(F)吞咽引起的喉结运动。

由于高分子链上酯键的水解，所制备的POC-PEG/AgNWs可以在不同条件下降解（图2A）。图2B和图2C分别展示了POC-PEG/AgNWs在PBS缓冲液(pH=7.3)和0.1 mol L-1 NaOH水溶液中浸泡不同时间的照片。可以看出，在PBS缓冲液中，POC-PEG/AgNWs在0-2个月内持续膨胀，在2-5个月内开始逐渐降解，降解速率较慢。与之相反，当在0.1 mol L-1 NaOH水溶液中浸泡时，POC-PEG/AgNWs在6小时内几乎消失，表明其可降解性。从图2D到图2G所示的流出曲线和分子量分布图可以看出，POC-PEG/AgNWs在0.1 mol L-1 NaOH中降解10天后，分子量明显降低，表明高分子链断裂，进一步证明POC-PEG/AgNWs的可降解性。

图2.POC-PEG/AgNW的降解性能研究。(A) POC-PEG弹性体高分子链降解示意图，(B)POC-PEG/AgNWs在PBS缓冲液中浸泡0-5个月的照片，(C)POC-PEG/AgNWs在0.1 mol L-1 NaOH水溶液中浸泡0-12 h的照片，(D) POC-PEG聚酯弹性体预聚物的流出曲线，(E)POC-PEG弹性体预聚物的分子量分布曲线，(F)POC-PEG/AgNWs在0.1 mol L-1 NaOH中降解10天后的流出曲线，(G)POC-PEG/AgNWs在0.1 mol L-1 NaOH中降解10天后的分子量分布曲线。

展望

本文制备的POC-PEG/AgNWs对拉伸应变和弯曲应变均具有优异的响应能力，可用于监测各种人体运动和生理活动。此外，POC-PEG/AgNWs在PBS缓冲液和碱性条件下均表现出可降解性。这项工作为柔软、可穿戴传感器的构建提供了新型绿色电子材料，对减少电子垃圾污染、拓展柔性电子器件的应用领域具有一定参考价值。

基金支持

本工作得到国家自然科学基金（No.51603164）、陕西省自然科学基金（No.2019JM-124）、陕西省教育厅自然科学基金（No.20JS062）、陕西省青年科技新星项目（No.2021KJXX-42），陕西省高校青年人才托举计划项目（No.20170706）的支持。

通讯作者介绍

周宏伟，西安工业大学材料与化工学院教授，博导。主要研究方向为柔性储能-传感材料与器件。在Nature Chemistry、Advanced Functional Materials、Chemical Engineering Journal、ACS Applied Materials & Interfaces等学术期刊发表论文60余篇。获得陕西省高等学校科学技术二等奖2项、陕西省化学优秀青年奖、西安市自然科学优秀学术论文一等奖1项。入选陕西省青年科技新星、陕西省高校青年杰出人才、陕西省高校青年人才托举计划。

引用此文

Wang Z, Zhou H, Zheng B, Gao Y, Zhang H, Jin X, Zhang G, Ma A. Citric acid-based degradable polyester elastomers coated with silver nanowires for sustainable soft sensors. Soft Sci 2022;2:16. http://dx.doi.org/10.20517/ss.2022.14

全文链接：https://softscijournal.com/article/view/5156