基于導(dǎo)電水凝膠的表皮傳感器被認(rèn)為在彌合人機之間的差距以實現(xiàn)個性化醫(yī)療方面具有廣闊的前景。然而，在用于超靈敏人機界面的基于水凝膠的表皮傳感器中同時實現(xiàn)高靈敏度、寬傳感范圍和可靠的循環(huán)穩(wěn)定性，以及出色的抗膨脹能力和近紅外 (NIR) 光觸發(fā)解離，仍然具有挑戰(zhàn)性和藥物釋放以進一步智能按需光熱療法。在此，介紹了精心制作的、高度可拉伸和抗膨脹的 MXene 水凝膠輕松制備柔性多功能表皮傳感器。它具有高靈敏度、寬傳感范圍（高達(dá) 350% 應(yīng)變）和可靠的重現(xiàn)性，可實現(xiàn)超靈敏人機界面。它對水凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的抗溶脹能力，避免因過度腫脹而擴大傷口，從而進一步可靠地治療傷口。此外，它還具有良好的生物相容性和強大的光熱性能，可用于醫(yī)療監(jiān)測后的智能光熱治療。同時，在長時間的近紅外光照射下，可以觸發(fā)傳感器軟化并部分解離，溫度敏感的低熔點瓊脂轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)，并在水凝膠中部分解離，釋放負(fù)載的藥物。協(xié)同殺菌和高效促進傷口愈合的需求。它具有良好的生物相容性和強大的光熱性能，可用于醫(yī)療監(jiān)測后的智能光熱治療。同時，在長時間的近紅外光照射下，可以觸發(fā)傳感器軟化并部分解離，溫度敏感的低熔點瓊脂轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)，并在水凝膠中部分解離，釋放負(fù)載的藥物。協(xié)同殺菌和高效促進傷口愈合的需求。它具有良好的生物相容性和強大的光熱性能，可用于醫(yī)療監(jiān)測后的智能光熱治療。同時，在長時間的近紅外光照射下，可以觸發(fā)傳感器軟化并部分解離，溫度敏感的低熔點瓊脂轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)，并在水凝膠中部分解離，釋放負(fù)載的藥物。協(xié)同殺菌和高效促進傷口愈合的需求。
Fig 1. a) Ti3AlC2（MAX 相）、b) 未剝離的 MXene (Ti3C2Tx ) 和 c) 充分剝離的 MXene 納米片的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像。d）MXene納米片的透射電子顯微鏡（TEM）圖像。e) MXene 水凝膠的數(shù)碼照片。f) 冷凍干燥的 MXene 水凝膠的 SEM 圖像。
Fig 2. 基于 MXene 水凝膠的表皮傳感器響應(yīng)全面人體運動的相對電阻變化。傳感器對大規(guī)模人體運動的感應(yīng)響應(yīng)，例如 a) 不同角度的手指彎曲和 b) 肘部彎曲。傳感器對小規(guī)模人體運動的感應(yīng)響應(yīng)，例如 c) 手腕脈搏和 d) 吞咽。
Fig 3. 用于監(jiān)測電生理信號的靈活多功能 MXene 水凝膠表皮傳感器。a) 無線 ECG 測量設(shè)置示意圖。b) 無線測量的 ECG 信號。c) EMG 檢測設(shè)置示意圖：(I) 初始，(II) 握緊拳頭后。d) 由 MXene 水凝膠電極和不含 MXene 的商用水凝膠電極測量的 EMG 信號（I，初始；II，握緊右拳后）。e) I) 在抓住彈性球時檢測前臂上的 EMG 信號。II) 肌電信號幅度隨握力增加的變化。
Fig 4. 用于智能人機界面的靈活多功能 MXene 水凝膠表皮傳感器。a) 傳感器安裝在機械手的手指上，由志愿者的手通過佩戴無線體感手套進行無線控制，用于檢測 b) 手指彎曲以顯示“勝利”的手勢和 c) 表示抓取網(wǎng)球。
Fig 5. a) 打孔前由志愿者無線控制的機器人設(shè)置照片。插圖：安裝在機器人手臂上的傳感器的放大圖像。b) 打孔后由志愿者無線控制的機器人設(shè)置照片。插圖：安裝在機器人手臂上的傳感器的放大圖像，在機器人的沖壓運動下被拉伸。c) 組裝好的無線傳輸裝置示意圖。d) 手機捕獲的實時傳感響應(yīng)，用于無線檢測機器人的沖壓動作。
Fig 6. a) PBS、不含 MXene 的水凝膠和 MXene 水凝膠在功率強度為 0.75 W cm -2的連續(xù) NIR 光照射下的實時紅外熱圖像，和 b) 相應(yīng)的溫度變化曲線與實驗室溫（≈20攝氏度）。c）基于 MXene 水凝膠的表皮傳感器檢測手腕彎曲疼痛的傳感性能。d) 在 NIR 光照射下，佩戴集成了 MXene 水凝膠傳感器的腕帶時手腕彎曲的照片和紅外熱圖像。e）基于 MXene 水凝膠的表皮傳感器檢測光熱治療后手腕彎曲的傳感性能。
Fig 7. a）在不同功率密度的 NIR 光（808 nm）照射下，基于柔性 MXene 水凝膠的表皮傳感器的時間依賴性溫度曲線。b） ΔT（ΔT表示從實驗室溫（≈20℃）到平衡溫度的溫度變化）與NIR光功率密度之間關(guān)系的擬合曲線。c) MXene 水凝膠基表皮傳感器在可逆 NIR 光切換下的循環(huán)加熱性能（0.75 W cm -2). d) MXene水凝膠在長期近紅外光照射下藥物釋放的示意圖。插圖顯示了在裝有 pH 7.2 PBS 溶液的塑料比色皿中載有抗生素 (CE) 的 MXene 水凝膠的光學(xué)照片。e) 光控溫度升高和藥物 (CE) 從 MXene 水凝膠中釋放曲線，以響應(yīng)循環(huán)溫度交替以及循環(huán) NIR 光照射。f) MXene 水凝膠 + 抗生素 (CE) 組活菌落的代表性圖像，沒有和有 NIR 照射（0.75 W cm -2，10 分鐘）。g) 用 MXene 水凝膠 + 抗生素 (CE) + NIR 處理的傷口的代表性照片。
相關(guān)研究工作由北京化工大學(xué)Liqun Zhang和Pengbo Wan課題組于2023年在線發(fā)表在《Advanced Funvtional Materials》期刊上，原文：Flexible Antiswelling Photothermal-Therapy MXene Hydrogel-Based Epidermal Sensor for Intelligent Human–Machine Interfacing。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
