NANO编辑优选：水凝胶传感技术：从材料到系统——柔性智能感知的新篇章
文章介绍
通讯作者：
- 姜大伟，东北林业大学化学化工与资源利用学院
- 许苗军，东北林业大学化学化工与资源利用学院
研究背景：
随着可穿戴电子、个性化医疗与软体机器人技术的快速发展，传统刚性传感器难以满足对柔性、舒适性与多参数实时检测的需求。水凝胶因其高含水量、生物相容性及可设计响应性，被认为是构筑柔性传感器的理想材料。通过导电聚合物复合、碳纳米材料填充及离子导电策略，可显著提升其信号灵敏度与机械强度。同时，双网络结构与多重交联设计进一步优化了其韧性与耐久性。然而，如何在高导电性与柔韧性之间取得平衡、实现多功能协同响应，仍是当前研究的核心挑战。本研究旨在系统总结该领域的材料创新、性能调控及应用进展，为下一代智能柔性传感系统提供理论依据与技术思路。
研究内容：
本综述全面梳理了水凝胶传感器的材料设计与功能拓展，从“材料—结构—性能—应用”四个层面构建了系统框架。首先，对天然、合成与混合型水凝胶的结构特征及交联机制进行了比较，揭示了聚合物浓度、交联密度、pH与温度等参数对力学性能与响应行为的影响。通过双网络、双交联及拓扑结构设计，可显著提升水凝胶的强度、韧性与可恢复性。
在导电增强方面，文章系统总结了三大策略：（1）导电聚合物型水凝胶，如PANI、PPy、PEDOT体系，实现高导电性与自修复性能；（2）碳纳米填料型水凝胶（CNTs、rGO等），具备优异机械强度和电子传输能力；（3）离子导电型水凝胶，兼具柔性、生物相容性与环境适应性，适用于极端条件下的传感。作者通过对比分析，指出在高导电性与可拉伸性之间的权衡是关键科学问题。
应用层面，水凝胶传感器已在多领域展现突破：
- 健康监测：用于实时捕捉人体运动、脉搏与呼吸信号，实现无线传输与可穿戴感知；
- 医学诊疗：开发基于SERS-AI的汗液分析与ROS响应型诊疗系统，实现癌症无创监测与术中治疗；
- 环境检测：构建颜色-电阻双模式紫外传感器，实现皮肤与环境辐射的可视化监测。
本研究不仅为水凝胶柔性传感提供了系统化综述，也为实现多响应、自修复、环境适应的“智能水凝胶系统”提供了科学路径，对推动个性化医疗与智能材料融合发展具有重要意义。
作者介绍
姜大伟 教授
东北林业大学
- 姜大伟教授，东北林业大学化学化工与资源利用学院，博士生导师，主要研究新型阻燃材料分子构筑与性能调控、功能高分子材料设计、高性能复合材料界面增强及柔性可穿戴传感器制备。曾任Advanced Composites and Hybrid Materials编委，现任Nano-Micro Letters青年编委及Journal of Polymer Materials特刊主编。
许苗军 教授
东北林业大学
- 许苗军教授，东北林业大学黑龙江省化学会常务理事，主要从事环境友好无卤阻燃剂的合成、森林草原防灭火材料的制备、高性能无卤阻燃高分子材料制备、性能及机理研究。发表SCI论文86篇，其中ESI高被引论文4篇，主持国家十四五重点研发课题、国家自然科学基金面上项目、黑龙江省科技攻关重大项目、黑龙江省重点研发项目、企业横向项目等20余项。
期刊介绍
- 2024年影响因子：2.8 Citescore：6.2
- Nanotechnology（NANO）创刊于1990年，是第一本纳米科研和技术领域的专业期刊。NANO发表纳米技术研究发展前沿的高水平研究论文及纳米研究进展的综述，主要集中在纳米能源、生物和医学、电子和光子、图案和纳米加工、传感和驱动、材料合成和材料性能等领域。