接着性と機械的特性を制御できるハイドロゲルセンサーの光硬化3Dプリント

出典: ポリマーテクノロジー

導電性ハイドロゲル材料は、優れた電気伝導性、生体適合性、および人間の皮膚に近い弾性率などの利点があるため、ウェアラブルセンシングアプリケーションで広く研究されてきました。ハイドロゲルベースのウェアラブルひずみセンサーは、リアルタイムの健康モニタリングや動作検出における有望な用途のため、最近大きな注目を集めています。しかし、ハイドロゲルシステムにおいて総合的な高伸縮性、自己接着性、長期保水性を同時に実現することは依然として大きな課題であり、ウェアラブル電子機器への応用が制限されています。

最近、南洋理工大学の王一凡教授のチームは、シルクタンパク質を導入することで、光硬化型3Dプリント可能なポリアクリルアミド/ポリアクリル酸ハイドロゲルシステムを設計し、ウェアラブルハイドロゲルセンサーの機械的特性、接着特性、保水性、生体適合性のバランスをとるのが難しいという問題に対処しました。このシステムは、高い機械的強度、調整可能な接着特性、優れた保水性、良好な生体適合性を備えており、動作信号のリアルタイムで効率的な監視と識別を実現します。

本論文では、異なる単位含有量がハイドロゲルの機械的特性と接着特性に与える影響を体系的に研究し、影響メカニズムを体系的に説明します。また、ハイドロゲルの接着メカニズムを体系的に説明し、異なる表面微細構造が接着特性に与える影響を明らかにします。さらに、ハイドロゲルの保水性の重要性と長期性能への影響について説明します。さらに、ハイドロゲルの高い機械的強度、高い接着性、優れた保水性、生体適合性が、そのセンシング感度、安定性、信頼性に及ぼす作用メカニズムを説明します。

この研究は、3D プリントされた多機能ハイドロゲルを使用して、スポーツや健康モニタリング用のウェアラブル歪みセンサーを開発するための新たな視点を提供します。この研究成果は、「ウェアラブルセンシング向けに調整可能な接着性と伸縮性を備えた 3D プリントシルクフィブロインベースハイドロゲル」というタイトルで、国際的に有名な雑誌「Advanced Functional Materials」に掲載されました。シンガポールの南洋理工大学のYifan Wang教授（南洋助教授）が論文の責任著者であり、博士課程の学生Kunlin Wuが論文の第一著者です。

図 1. DLP 印刷された SF-PAAm/PAAc ハイドロゲルの材料、印刷方法、印刷サンプルの紹介。
図 2. DLP 印刷された SF-PAAm/PAAc ハイドロゲルの機械的特性を示します。
図 3. DLP 印刷された SF-PAAm/PAAc ハイドロゲルの接着特性を示します。
図 4. DLP 印刷された SF-PAAm/PAAc ハイドロゲルセンサーの感知能力を示します。
図 5. DLP プリントされた 10 チャンネルハイドロゲルシステムを使用した PIP および MCP ジョイントの信号取得。
図 6. さまざまなデジタルジェスチャによる PIP 関節と MCP 関節の信号を収集するために、印刷された 10 チャネルハイドロゲルシステムを示します。
論文リンク: https://doi.org/10.1002/adfm.202404451

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