Notícias

Jul 03, 2023

Um hidrogel heterogêneo ternário com elementos de resistência para resistência, auto

npj Eletrônica Flexível

npj Flexível Electronics volume 6, Número do artigo: 51 (2022) Cite este artigo

1751 Acessos

2 Citações

1 Altmétrica

Detalhes das métricas

Dispositivos de detecção epidérmica, que imitam funcionalidades e propriedades mecânicas da pele natural, oferecem grande potencial para monitoramento de saúde em tempo real por meio de verificação contínua de sinais vitais. No entanto, a maioria dos eletrônicos montados na pele existentes usa um filme flexível com alto módulo de elasticidade, o que dificulta a atividade física e causa delaminação interfacial e irritação da pele. A complacência dos dispositivos à base de hidrogel pode se conformar firmemente a superfícies curvas complexas sem introduzir estresses interfaciais excessivos. No entanto, a maioria dos hidrogéis ainda sofre com a fraqueza da detecção estável e reprodutível. Neste trabalho, relatamos um produto eletrônico epidérmico amigo da pele feito de um hidrogel de álcool polivinílico (PVA) resiliente, autorreparável e reciclável. O hidrogel é reforçado por meio de uma rede ternária heterogênea para boa robustez mecânica, mantendo alta elasticidade e conformabilidade excepcional. Simultaneamente, as abundantes ligações dinâmicas de hidrogênio conferem ao hidrogel uma rápida capacidade de autocura. O hidrogel epidérmico eletrônico montado é capaz de monitorar de forma estável vários sinais fisiológicos, bem como detectar o nível de tensão do movimento da pele e a flexão das articulações. Os eletrônicos epidérmicos únicos, versáteis, ecológicos e biológicos terão amplas aplicações em cuidados de saúde, interface homem-máquina, realidade aumentada e assim por diante.

A eletrônica epidérmica tem fornecido métodos não invasivos para monitorar um amplo espectro de sinais vitais, variando de atividades eletrofisiológicas a frequências cardíaca e respiratória e ao movimento do corpo, que são intimamente relevantes para as funções corporais normais de uma pessoa e pistas clínicas para o diagnóstico de doenças1. As aquisições contínuas e em tempo real dos parâmetros corporais, de forma que não interrompa as atividades rotineiras do dia-a-dia, também estão sendo consideradas para a interface homem-máquina2. Patches adesivos comerciais usados ​​para fixar eletrônicos flexíveis com alto módulo à pele geralmente causam sensações desconfortáveis, irritação da pele e são difíceis de desprender3. Embora a estratégia do dispositivo de desbaste4 e o design microestrutural inspirado na natureza5 tenham sido adotados para melhorar a experiência do usuário, as estratégias para projetar um dispositivo epidérmico confortável com adesão e desprendimento suaves, bem como descarte seguro e cíclico de resíduos eletrônicos foram pouco exploradas6. Os dispositivos ideais montados na epiderme devem ser macios e elásticos para satisfazer a integração conformada com a pele7, tenazes e resilientes o suficiente para acomodar a tensão induzida pelo movimento repetido do corpo3. Durante a última década, a eletrônica epidérmica foi desenvolvida empregando formas de serpentina e malha de materiais eletrônicos inorgânicos flexíveis8, materiais orgânicos intrinsecamente elásticos9 e nanomateriais condutores (como Au nanomesh7, nanotubos de carbono10 e grafeno11) revestimento nos substratos poliméricos ultrafinos. No entanto, um desafio científico crítico permanece, pois as abordagens mencionadas encontram uma contradição irreconciliável entre o fator de forma ultrafino e a robustez mecânica (geralmente <50% de alongamento), que são imperativas na eletrônica epidérmica12. Enquanto isso, a fabricação de eletrônicos epidérmicos usando esses materiais geralmente envolve fotolitografia, deposição de filmes finos, técnicas de transferência e outros procedimentos complicados, que são caros e demorados13.

O hidrogel condutor, devido à sua suavidade, umidade, capacidade de resposta e biocompatibilidade superiores, faz parte do esforço contínuo para construir uma interface perfeita entre a biologia e a eletrônica14. A natureza macia (equivalente à pele) e elástica (> 200% de alongamento) dos hidrogéis permite a minimização da incompatibilidade mecânica com os tecidos biológicos em comparação com a eletrônica epidérmica ultrafina15. No entanto, poucos deles são resistentes e resilientes como os tecidos vivos, como os músculos16. Apesar de várias abordagens terem sido empregadas para melhorar as propriedades mecânicas do hidrogel, como construção de redes duplas, adição de nanocargas, treinamento mecânico etc., a resiliência do hidrogel reforçado ainda não é satisfatória, principalmente em comparação com polímeros sem água17. Como uma instância de carga para alta tensão resulta em deformação permanente ou fratura irreversível na detecção epidérmica18. Como bioeletrônica ideal, os eletrodos de hidrogel devem demonstrar robustez mecânica mais forte e capacidade de autocura repetível19,20. Em nosso trabalho anterior, foi apresentado um hidrogel condutor altamente elástico, reparável em temperatura ambiente e reciclável baseado em redes de PVA duplamente reticuladas21. No entanto, a fraca resistência do hidrogel PVA estreitou suas aplicações vestíveis. Os requisitos intrinsecamente contraditórios de tenacidade e resiliência tornam um grande desafio projetar um gel com alta tenacidade22.