تستخدم مستشعرات الضغط المرنة القابلة للارتداء ، مع استجابةها الممتازة وقدرتها على التكيف مع الأسطح المنحنية المعقدة ، على نطاق واسع في المراقبة الصحية والرعاية الصحية الذكية. ومع ذلك ، فإن أجهزة استشعار الضغط التقليدية ، المحدودة بالهيكل المتجانس لموادها ، تكافح من أجل تحقيق حساسية عالية ونطاق واسع للكشف عن الضغط في وقت واحد. توفر هيدروجيلز موصلة أيونية منظمة تدرجًا حلاً لهذا التحدي ، لكن بناء مثل هذه الهلاميات المائية من خلال طرق بسيطة لا يزال صعبًا.
طور فريق أبحاث من معهد نينغبو لتكنولوجيا المواد والهندسة ، الأكاديمية الصينية للعلوم ، استراتيجية بسيطة وفعالة لبناء هيدروجيلز موصلة أيونية متخصصة على أساس المعامل القائمة على آلية التفاعل بين حمض الفيتيك والبوليمرات. يتم استخدام هذه الهلاميات المائية لبناء أجهزة استشعار الضغط عالية الأداء. تظهر المستشعرات نطاقًا أوسع للكشف عن الضغط ، وقدرات الكشف عن الضغط المنخفض المتفوق ، والحساسية الكلية العالية ، وتحديد الضغوط الضعيفة بشكل فعال الناجم عن موجات الصوت وتدفق الهواء ، والضغوط المعتدلة من التحدث والضغط على الأصابع ، ومجموعة أعلى من الضغط الأخمسي.
استكشف الفريق التفاعل بين حمض الفيتيك ومصفوفة هيدروجيل ، واكتشف أنماط التفاعل المختلفة بين حمض الفيتيك والبوليمرات المختلفة. في هيدروجيلات حمض البولي أكريلاميد/حمض الفيتيك ، يعمل حمض الفيتيك كملدنات داخل شبكة بولي أكريلاميد ، مما يزيد من حركية السلاسل الجزيئية للبولي أكريلاميد وتقليل معامل هيدروجيل. في حمض البولي أكريليك/هيدروجيلز حمض الفيتيك ، يعزز حمض الفيتيك فصل ميكروفاس من حمض البولي أكريليك ، مما يعزز الخواص الميكانيكية للهيدروجيل. استنادًا إلى هذه الرؤى الميكانيكية ، استخدم الفريق طريقة صب محلول ما قبل البوليمر لبناء مستشعر ضغط هيدروجيل موصل أيوني مع معامل التدرج من خلال دمج هيدروجيلات مختلفة من حمض البوليمر.
يظهر البحث أن هذا المستشعر يحقق كل من الحساسية العالية ونطاق الكشف عن الضغط الواسع. في هيدروجيل التدرج ، توفر منطقة حمض البولي أكريلاميد/فيتيك ، غنية بتأثيرات التلوين ، ومنطقة حمض البولي أكريليك/حمض الفيتيك ، الغنية بفصل ميكروفاس ، مستشعر الضغط مع إمكانات ممتازة للكشف عن الضغط المنخفض واستجابة عالية الضغط ، على التوالي. يمكن لمستشعر هيدروجيل أن يستجيب بحساسية للموجات الصوتية لترددات وسعات مختلفة دون اتصال ويمكن أن يتعرف على الأصوات بشكل خاص وبشكل مستنسخ. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمستشعر اكتشاف تدفقات الهواء الضعيفة مع السرعات منخفضة 0. 2 م/ث. علاوة على ذلك ، يمكن أن يكتشف الإشارات الفسيولوجية والاستجابة لها بشكل حساسة مثل الاهتزازات النبض والضغط على العضلات ، بالإضافة إلى مكابس الأصابع ذات الضغط العالي.
وجدت الدراسة أن تجميع هذا المستشعر في مجموعة استشعار أخمصية نقل اللاسلكي يمكّن من اكتشاف توزيعات ضغط أخمصية عالية الضغط ، مما يوفر استجابات مستمرة ومستقرة لمواقف دائمة ثابتة مختلفة وتغيرات في الضغط الصخور أثناء المشي. علاوة على ذلك ، يمنح حمض الفيتيك الهيدروجيل مع خصائص مضادة للبكتيريا الممتازة والتوافق الحيوي ، مما يضع الأساس لتطبيق مستشعرات الضغط في المجال الطبي الحيوي.