基于导电水凝胶的柔性皮肤传感器在个性化医疗保健、多功能电子皮肤和人机界面方面具有巨大的潜力。然而，在可穿戴人机交互的医疗(尤其是电生理信号)传感中，同时实现具有可靠自愈能力和卓越传感性能的基于导电水凝胶的皮肤传感器仍然是一个巨大的挑战。

研究亮点

基于此，北京化工大学万鹏博教授团队通过将抗菌Ag纳米颗粒修饰的MXene (AgNPs/MXene)纳米片引入瓜尔豆胶(GG)和苯硼酸接枝海藻酸钠(Alg-PBA)的聚合物网络中，制备的可愈合、可注射和抗菌的MXene基水凝胶可用于可穿戴式人机交互和高性能人体健康监测。由于抗菌AgNPs/MXene纳米片的引入，MXene水凝胶(AgNPs/MXene/GG/Alg-PBA)表现出增强的机械强度、改善的导电性和强大的抗菌能力。MXene水凝胶被组装成多功能皮肤传感器，以灵敏地监测人体活动和微小的电生理信号，为康复训练以及心血管和肌肉相关疾病提供重要的临床信息。此外，优异的自愈能力、强大的可注射性和可靠的抗菌性能使MXene水凝胶能够直接注射到伤口部位，进一步抗菌和伤口修复，有效加速伤口愈合，在可穿戴电子设备、健康诊断和智能医疗方面显示出巨大的潜力。相关成果以“Flexible Accelerated-Wound-Healing Antibacterial MXene-Based Epidermic Sensor for Intelligent Wearable Human-Machine Interaction”为题发表在Advanced Functional Materials上。

图文解析

图1 a) 可愈合、可注射和抗菌的 MXene 水凝胶的制造示意图，以及在 b) 人体健康监测和 c) 伤口治疗中的进一步应用

将抗菌Ag纳米颗粒修饰的MXene (AgNPs/MXene)纳米片引入瓜尔豆胶(GG)和苯硼酸接枝海藻酸钠(Alg-PBA)的聚合物网络中，所制备的MXene水凝胶(AgNPs/MXene/GG/Alg-PBA)用于可穿戴式人机交互，潜在康复训练和心血管相关疾病诊断的人体监测，以及显著加速伤口愈合治疗。

图2 a, b) Ti3C2Tx的SEM图像；c) MXene纳米片的TEM图像； d) Alg-PBA和GG的分子结构； e) MXene水凝胶的光学图像；f) 冷冻干燥 MXene水凝胶的SEM图像

通过HCl/LiF蚀刻方法从Ti3AlC2前体中去除Al层来制备MXene纳米片。Ag+通过静电相互作用吸附到带负电的MXene纳米片表面，通过与来自MXene的电子发生氧化还原反应，得到Ag纳米粒子修饰的MXene (AgNPs/MXene)。随后将Alg-PBA添加到的AgNPs/MXene纳米片水溶液中，通过它们之间的界面超分子相互作用形成超分子组装体。最后将GG添加到上述超分子组装体，通过它们之间的界面超分子相互作用以及GG的羟基与Alg-PBA的苯基硼酸基团之间的动态交联，形成MXene基水凝胶。图2f显示了水凝胶中的3D互连多孔结构。

图3 a) 基于自修复的 MXene水凝胶和绿色 LED 指示灯的串联电路；b) MXene水凝胶的可注射特性

由于GG的羟基与Alg-PBA的苯基硼酸基团之间的动态交联，以及AgNPs/MXene 纳米片、Alg-PBA和GG之间的超分子相互作用，MXene水凝胶表现出强大的自修复性能。将MXene水凝胶与LED灯泡连接，以进一步展示其自修复性能。将MXene水凝胶切成两片后，LED灯完全熄灭。一旦两个碎片重新接触，就可以用愈合的MXene水凝胶修复电路，然后点亮LED灯泡。此外，如图3b所示，水凝胶可以很好地挤出来写“哈佛”和“麻省理工学院”字母，并保持良好的形态而没有任何堵塞，这表明MXene水凝胶具有出色的可注射能力。

图4 MXene水凝胶基皮肤传感器用于人体运动检测

MXene水凝胶基传感器可用于手腕弯曲、手指弯曲、吞咽和脉搏的检测，这些结果证明了由MXene水凝胶组装而成的皮肤传感器能够灵敏地监测人体活动，在康复训练检测和个人健康监测方面展现出广阔的前景。

图5 MXene水凝胶基皮肤传感器用于电生理信号检测

MXene水凝胶传感器还可用于监测电生理信号，用于潜在的心血管和肌肉相关疾病的诊断。两个MXene水凝胶电极粘附在志愿者的右臂上用于EMG信号检测，另一个MXene水凝胶电极连接在左臂上，以消除人体运动对EMG信号的影响。握拳时肌电信号可以清晰记录，松开拳头时信号立即消失。此外，当以不同的抓握力(5、10 和 20 kg)握住弹性球时，基于MXene水凝胶传感器可以清楚地测量不同肌肉收缩产生的EMG 信号，并且峰值幅度随着夹持强度的增加而增加，这对于术后康复运动监测和相应受损肌肉的治疗更有意义。

图6 a) 柔性皮肤传感器附着在机械手的手指上，当志愿者佩戴无线体感手套进行感应时，由志愿者的手进行无线控制 b) 手指弯曲以展示“是”的手势和 c) 显示机器人的抓握

MXene水凝胶基皮肤传感器可用于智能人机交互和智能手势识别。