本研究由Qu Zeng, Sihui Wan, Shujuan Yang, Xinyu Zhao, Furui He, Yamei Zhang, Xinyu Cao, Qiyan Wen, Yuhong Feng, Gaobo Yu, Lisha Pan, Jiacheng Li等作者共同完成，研究团队来自海南大学化学工程与技术学院，隶属于教育部热带岛屿资源先进材料重点实验室。该研究于2022年8月1日在线发表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects期刊上，文章编号为129733。
随着仿生皮肤技术的快速发展，水凝胶传感器因其良好的拉伸性和柔韧性，成为智能仿生设备中的重要材料。水凝胶传感器在软机器人、人工假体、日常医疗护理和智能监测系统等领域具有广泛的应用前景。然而，现有的水凝胶传感器在拉伸性、粘附性和生物相容性方面存在一定的局限性，难以完全满足仿生皮肤的需求。因此，开发一种具有高拉伸性、强粘附性和良好导电性的水凝胶传感器成为当前研究的热点。
本研究旨在通过一种简单的一锅法制备基于海藻酸钠（Sodium Alginate, Alg）、聚丙烯酰胺（Polyacrylamide, PAAm）和Fe3+的仿生水凝胶传感器。该水凝胶具有超拉伸性、优异的粘附性和导电性，能够作为皮肤传感器监测人体运动。
研究流程主要包括以下几个步骤：
材料准备：研究使用了海藻酸钠、丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）、D-葡萄糖酸-δ-内酯（GDL）、FeCl3·6H2O等化学试剂。所有试剂均为分析纯，直接使用。
Fe3+/Alg-PAAm水凝胶的制备：首先将丙烯酰胺和海藻酸钠溶解在水中，搅拌4小时。随后，将GDL和FeCl3·6H2O溶解在去离子水中，形成前驱体溶液。将前驱体溶液加入丙烯酰胺和海藻酸钠的混合溶液中，继续搅拌。最后，加入引发剂APS、交联剂MBA和催化剂TEMED，加热至65℃反应2小时，随后在室温下静置3天，形成水凝胶。
水凝胶的表征：通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对水凝胶的结构和热稳定性进行了表征。
力学性能测试：使用万能拉伸机对水凝胶的拉伸性能进行了测试，评估其断裂应力和断裂应变。
粘附性能测试：通过搭接剪切测试法评估了水凝胶在不同基材（如玻璃、塑料、皮肤、金属等）上的粘附强度。
流变学测试：使用流变仪测试了水凝胶的储能模量（G’）和损耗模量（G”），评估其结构稳定性和粘弹性。
电学性能测试：通过电化学工作站测试了水凝胶的导电性，并评估其作为应变传感器的灵敏度。
细胞活性测试：使用CCK-8法评估了Fe3+/Alg-PAAm水凝胶对MC3T3-E1细胞增殖的影响，验证其生物相容性。
水凝胶的结构与热稳定性：通过FTIR和TGA分析，证实了Fe3+/Alg-PAAm水凝胶具有均匀的双网络结构，且随着海藻酸钠含量的增加，水凝胶的热稳定性显著提高。
力学性能：Fe3+/Alg-PAAm水凝胶表现出优异的拉伸性能，最大拉伸率可达1800%，且具有较好的抗疲劳性能。
粘附性能：水凝胶在玻璃、金属、塑料、皮肤等多种基材上表现出强粘附性，尤其在玻璃上的粘附强度高达61.8 kPa。
导电性能：由于水凝胶中含有丰富的自由离子，其导电性良好，导电率为1.97×10^-4 S/cm，且作为应变传感器表现出优异的灵敏度。
生物相容性：细胞活性测试表明，Fe3+/Alg-PAAm水凝胶对细胞无毒性，具有良好的生物相容性。
本研究通过可控离子渗透法制备了一种具有超拉伸性、强粘附性和导电性的Fe3+/Alg-PAAm双网络水凝胶。该水凝胶不仅具有优异的力学性能和抗疲劳性能，还能作为应变传感器监测人体运动。这一研究为基于海藻酸钠的双网络水凝胶的设计和制备提供了新的策略，推动了其在可穿戴电子设备、智能监测系统等领域的应用。
本研究还展示了Fe3+/Alg-PAAm水凝胶作为电子皮肤的应用潜力，能够直接附着在人体皮肤上，监测手指、手腕、肘部和膝盖等关节的运动。此外，水凝胶在多次循环拉伸测试中表现出良好的稳定性和耐久性，进一步验证了其在可穿戴设备中的实际应用价值。
总之，本研究为开发具有多功能集成的水凝胶传感器提供了新的思路，具有重要的科学和应用价值。