基于導電水凝膠的表皮傳感器被認為在彌合人機之間的差距以實現個性化醫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高靈敏度、寬傳感范圍和可靠的循環穩定性，以及出色的抗膨脹能力和近紅外 (NIR) 光觸發解離，仍然具有挑戰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 350% 應變）和可靠的重現性，可實現超靈敏人機界面。它對水凝膠表現出優異的抗溶脹能力，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，可用于醫療監測后的智能光熱治療。同時，在長時間的近紅外光照射下，可以觸發傳感器軟化并部分解離，溫度敏感的低熔點瓊脂轉變為溶膠狀態，并在水凝膠中部分解離，釋放負載的藥物。協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，可用于醫療監測后的智能光熱治療。同時，在長時間的近紅外光照射下，可以觸發傳感器軟化并部分解離，溫度敏感的低熔點瓊脂轉變為溶膠狀態，并在水凝膠中部分解離，釋放負載的藥物。協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，可用于醫療監測后的智能光熱治療。同時，在長時間的近紅外光照射下，可以觸發傳感器軟化并部分解離，溫度敏感的低熔點瓊脂轉變為溶膠狀態，并在水凝膠中部分解離，釋放負載的藥物。協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全面人體運動的相對電阻變化。傳感器對大規模人體運動的感應響應，例如 a) 不同角度的手指彎曲和 b) 肘部彎曲。傳感器對小規模人體運動的感應響應，例如 c) 手腕脈搏和 d) 吞咽。
Fig 3. 用于監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 測量設置示意圖。b) 無線測量的 ECG 信號。c) EMG 檢測設置示意圖：(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) 表示抓取網球。
Fig 5. a) 打孔前由志愿者無線控制的機器人設置照片。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，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 NIR 光照射下的實時紅外熱圖像，和 b) 相應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，以響應循環溫度交替以及循環 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。
相關研究工作由北京化工大學Liqun Zhang和Pengbo Wan課題組于2023年在線發表在《Advanced Funvtional Materials》期刊上，原文：Flexible Antiswelling Photothermal-Therapy MXene Hydrogel-Based Epidermal Sensor for Intelligent Human–Machine Interfacing。
轉自《石墨烯研究》公眾號
