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Novel Uracil-Functionalized Poly(ionic liquid) Hydrogel: Highly Stretchable and Sensitive as a Direct Wearable Ionic Skin for Human Motion Detection
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2023-02-14 , DOI: 10.1021/acsami.2c21819 Dong Fu 1, 2 , Guoqing Huang 2 , Yang Xie 2 , Mingming Zheng 2 , Ji Feng 2 , Kan Kan 2 , Jun Shen 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2023-02-14 , DOI: 10.1021/acsami.2c21819 Dong Fu 1, 2 , Guoqing Huang 2 , Yang Xie 2 , Mingming Zheng 2 , Ji Feng 2 , Kan Kan 2 , Jun Shen 1
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Conductive hydrogel-based ionic skins have attracted immense attention due to their great application prospects in wearable electronic devices. However, simultaneously achieving a combination of a single hydrogel system and excellent comprehensive performance (i.e., mechanical durability, electrical sensitivity, broad-spectrum antibacterial activity, and biocompatibility) remains a challenge. Thus, a novel poly(ionic liquid) hydrogel consisting of poly(acrylamide-co-lauryl methacrylate-co-methyl-uracil-imidazolium chloride-co-2-acryloylamino-2-methyl-1-propane sulfonic acid) (AAm-LMA-MUI-AMPS) was prepared by a micellar copolymerization method. Herein, MUI serves as a supramolecular crosslinker and conductive and bacteriostatic components. Owing to the multiple supramolecular crosslinks and hydrophobic association in the network, the hydrogel exhibits excellent mechanical properties (624 kPa of breaking stress and 1243 kPa of compression stress), skin-like modulus (46.2 kPa), stretchability (1803%), and mechanical durability (200 cycles under 500% strain can be completely recovered). Moreover, with the coordinated combination of each monomer, the hydrogel exhibits the unique advantage of high conductivity (up to 59.34 mS/cm). Hence, the hydrogel was further assembled as an ionic skin sensor, which exhibited a gauge factor (GF) of 10.74 and 7.27 with and without LiCl over a broad strain range (1–1000%), respectively. Furthermore, the hydrogel sensor could monitor human movement in different strain ranges, including body movement and vocal cord vibration. In addition, the antibacterial activity and biocompatibility of the hydrogel sensor were investigated. These findings present a new strategy for the design of new-generation wearable devices with multiple functions.
中文翻译：
新型尿嘧啶功能化聚（离子液体）水凝胶：作为用于人体运动检测的直接可穿戴离子皮肤具有高度可拉伸性和敏感性
基于导电水凝胶的离子皮肤由于其在可穿戴电子设备中的巨大应用前景而引起了极大的关注。然而，同时实现单一水凝胶体系和优异综合性能（即机械耐久性、电敏感性、广谱抗菌活性和生物相容性）的组合仍然是一个挑战。因此，一种新型聚（离子液体）水凝胶由聚（丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸月桂酯-co-甲基-尿嘧啶-氯化咪唑鎓-co-2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸)(AAm-LMA-MUI-AMPS)采用胶束共聚法制备。在此，MUI 作为超分子交联剂和导电和抑菌成分。由于网络中的多重超分子交联和疏水缔合，水凝胶表现出优异的机械性能（624 kPa 断裂应力和 1243 kPa 压缩应力）、类皮肤模量（46.2 kPa）、拉伸性（1803%）和机械性能。耐久性（500%应变下200次循环可完全恢复）。此外，通过各单体的协调组合，水凝胶表现出高电导率（高达59.34 mS/cm）的独特优势。因此，水凝胶被进一步组装成离子皮肤传感器，其应变系数 (GF) 分别为 10.74 和 7。27 分别在较宽的应变范围 (1–1000%) 内使用和不使用 LiCl。此外，水凝胶传感器可以监测不同应变范围内的人体运动，包括身体运动和声带振动。此外，还研究了水凝胶传感器的抗菌活性和生物相容性。这些发现为设计具有多种功能的新一代可穿戴设备提供了一种新策略。
更新日期：2023-02-14
中文翻译：
新型尿嘧啶功能化聚（离子液体）水凝胶：作为用于人体运动检测的直接可穿戴离子皮肤具有高度可拉伸性和敏感性
基于导电水凝胶的离子皮肤由于其在可穿戴电子设备中的巨大应用前景而引起了极大的关注。然而，同时实现单一水凝胶体系和优异综合性能（即机械耐久性、电敏感性、广谱抗菌活性和生物相容性）的组合仍然是一个挑战。因此，一种新型聚（离子液体）水凝胶由聚（丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸月桂酯-co-甲基-尿嘧啶-氯化咪唑鎓-co-2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸)(AAm-LMA-MUI-AMPS)采用胶束共聚法制备。在此，MUI 作为超分子交联剂和导电和抑菌成分。由于网络中的多重超分子交联和疏水缔合，水凝胶表现出优异的机械性能（624 kPa 断裂应力和 1243 kPa 压缩应力）、类皮肤模量（46.2 kPa）、拉伸性（1803%）和机械性能。耐久性（500%应变下200次循环可完全恢复）。此外，通过各单体的协调组合，水凝胶表现出高电导率（高达59.34 mS/cm）的独特优势。因此，水凝胶被进一步组装成离子皮肤传感器，其应变系数 (GF) 分别为 10.74 和 7。27 分别在较宽的应变范围 (1–1000%) 内使用和不使用 LiCl。此外，水凝胶传感器可以监测不同应变范围内的人体运动，包括身体运动和声带振动。此外，还研究了水凝胶传感器的抗菌活性和生物相容性。这些发现为设计具有多种功能的新一代可穿戴设备提供了一种新策略。
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