该研究提出了一种合成自愈水凝胶和软应变传感器的新方法，可作为《碳水化合物聚合物》杂志的预证明。

????????????研究： 3D打印动态纳米纤维素/纳米几丁质自愈水凝胶和软应变传感器。图片来源：Foryoui3

软电子的出现软电子 (SE) 是一项新技术，旨在通过可穿戴监控系统提高消费者的生活水平。这项新技术为设计和制造具有机械延展性、安全性和响应性的电子皮肤、软机器人和人机界面 (HMI) 开辟了新途径。

与所有人工制造的系统类似，SE 会因物理负载和断裂而遭受意外和不可逆转的故障。另一方面，许多生物过程已经获得了在损伤后自我修复的能力。一个典型的例子是人体皮肤，它具有在受伤后恢复其机电能力的能力。

深入了解水凝胶水凝胶，也被称为软应变传感器，可以比皮肤组织更快地自我修复，同时经受住现实世界的环境。这些水凝胶是柔软的 3D 交联纳米结构，在宏观水平上可以像固体一样发挥作用，同时保留大量的生物体液，从而复制天然的细胞外基质。

由于其巨大的优势，水凝胶适用于生物应用中的大规模应用，包括用于组织工程、药物管理和电子皮肤，但由于其类液体的分子结构，这些凝胶通常具有不足的机械性能。

3D 可打印水凝胶为了使水凝胶可打印和可注射，它们的结构中必须存在临时交联。这种临时交联的存在是必不可少的，因为临时交联表现出剪切稀化行为，这是一种与永久交联不相关的特性。

临时交联还可以赋予这些凝胶动态行为，例如自我恢复和自我修复，使它们能够在受伤后恢复其基本特性，从而获得更好的耐用性。

主要挑战以及如何应对由于与动态键合相关的快速分子流动性，在坚固、不间断和基于形状保持的长丝束中打印动态水凝胶仍然是一个困难。

化学和物理连接均可用于产生水凝胶以提供动态特性。然而，与物理连接不同，大多数动态债券具有非自主的自我修复能力。尽管如此，亚胺合成仍是一种很有前途的方法，可用于制造 3D 打印和兼容的自愈水凝胶。

多糖中的醛化合物可以通过高碘酸盐氧化产生亚胺水凝胶。然而，这种氧化降低了聚合物基质中分子的重量。由于这种重量减轻，所生产的水凝胶易碎且不适合实际使用。

处理这种困境并为实际人类目的配制自恢复水凝胶的一种方法是尽量减少氧化。或者，可以将具有醛基的纳米链引入基于胺基的聚合物基质中以增强亚胺的产生。

一种新的合成方法在这项研究中，该团队首先在纤维素纳米链 (CNs) 中生成了醛基。随后，通过结合羧甲基壳聚糖 (CMC)、几丁质纳米链 (ChNs) 和先前氧化的纤维素纳米链 (OCNs)，创建了一种基于动态亚胺纳米多糖的水凝胶。

作为 ChNs 和 CMC 的氨基与醛基基团之间亚胺相互作用的直接结果，预计所得纳米杂化复合材料将表现出动态响应和优异的机械特性，以及稳定性的提高。

研究的重要发现通过结合三个独立的动态键：氢、亚胺和邻苯二酚金属配位键 (CMCB)，该团队创建了一种 3D 可打印的动态自恢复水凝胶，非常适合软应变传感目的。

为了实现这一点，将 CMC、OCN 和 ChN 结合起来，形成了一种亚胺水凝胶，其中包含两个额外的后交联阶段。

研究小组指出，在胺基聚合物中携带醛基的 OCN 会产生亚胺交联，同时还赋予所得水凝胶动态行为和卓越的机械特性。

该凝胶还表现出卓越的自愈性、自变薄性、自粘性、传导特性和可定制的形态特征。这些特性还伴随着一致且独特的电气灵活性和稳定性，允许在各种弯曲角度下实时测量电阻。

在水凝胶内部创建的三重动态系统是凝胶在中性环境下和没有外部刺激的情况下出色的自我修复和自我恢复的原因。此外，自修复水凝胶表现出优异的可印刷性、生物相容性和应变感应。

该团队得出结论，3D 可打印水凝胶为设计和制造用于软电子产品的创新、灵活的应变传感设备提供了很多希望。