水凝膠輔助軟生物傳感器作為變革性平臺，在兩棲環(huán)境中實現(xiàn)了多模態(tài)生理監(jiān)測。然而，開發(fā)即時水下粘附材料、規(guī)模化制造工藝以及長期連續(xù)多生理生物電子學的堅固界面仍面臨挑戰(zhàn)。本文提出一種通用且簡便的制備策略，通過分子纏結(jié)工程克服這些限制，成功制備出即時水下粘附水凝膠界面，該界面在10秒內(nèi)即可實現(xiàn)超過230 J·m?2的快速強界面韌性。此外，我們還建立了可實際應用的卷對卷規(guī)?；圃旃に嚒＿@種具有類組織柔軟度≈10^9 kPa的水凝膠界面，實現(xiàn)了從水生生物到兩棲動物再到人類表皮的無縫多模態(tài)生物傳感器集成，支持長期重復使用，便于同步采集多參數(shù)生理信號并追蹤行為特征。本研究確立了即時粘附水凝膠界面分子纏結(jié)工程的新設計框架，為醫(yī)療監(jiān)測和野生動物保護領域的生物傳感技術(shù)提供了可靠且快速響應的解決方案。

圖1. PAMP水凝膠即時粘附界面的設計與作用機制。a)具備強濕粘附性、生物相容性和類組織特性的PAMP水凝膠示意圖，適用于多物種水下監(jiān)測。b)PAMP水凝膠制備流程：前驅(qū)體溶液持續(xù)轉(zhuǎn)化為PAMP干凝膠，經(jīng)15秒水溶脹后，在紫外線照射下引入NHS酯基團，隨后進行氮氣吹掃干燥。c)PAMP水凝膠10秒內(nèi)即時粘附行為示意圖。d)PAMP水凝膠即時粘附過程的分子機制解析。e)不同溶脹時間PAMP水凝膠的界面韌性與剪切強度對比。f)PAMP干凝膠光學顯微照片。g)PAMP水凝膠貼附皮膚后的光學顯微照片。h)PAMP水凝膠抗沖洗及無損剝離的代表性照片。

圖2. PAMP水凝膠的溶脹行為追蹤與界面粘附調(diào)控。a)離子交換樹脂（PEO）凍干樣品、水凝膠-基底粘附及纖維結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖像。b)100 kDa至8000 kDa不同分子量聚環(huán)氧乙烷（PEO）溶脹至含水量＞90%所需時間對比。c)各向異性溶脹示意圖（左）與水凝膠在長/寬/厚方向的溶脹比示意圖（右）。d)不同分子量PEO與Ecoflex基底的最大粘附力（左）、界面韌性及剪切強度對比。e)不同比例PAM/PEO體系與Ecoflex基底的界面韌性與剪切強度對比（左），最大剪切力示意圖（右）。f)不同基底（Ecoflex、PET、紙張、豬皮、紡織品、乳膠）間界面韌性和剪切強度對比。g)PAMP水凝膠應力-拉伸曲線。h)不同比例PAM/PEO體系的電導率測試結(jié)果。i)基底剝離測試代表性光學照片（含Ecoflex、PET、紙張、豬皮、紡織品及乳膠）。

圖3. 用于游泳活動監(jiān)測的即時粘合PAMP水凝膠界面。a)展示柔性多模態(tài)生物傳感貼片關鍵組件的結(jié)構(gòu)框圖。b)貼片的分解式組裝示意圖。c)貼片附著于胸部的典型光學照片。d)搭載貼片的游泳者典型光學照片。e)基于PAMP水凝膠貼片檢測到的游泳者靜息與游泳狀態(tài)心電信號。f-h)根據(jù)心電信號計算得出的靜息與游泳狀態(tài)下游泳者心率、心率功率譜密度圖及呼吸信號。i)基于PAMP水凝膠貼片的心電信號檢測能力經(jīng)5天重復使用驗證。j)貼片在游泳過程中對運動員加速度的監(jiān)測效果，k)貼片在游泳過程中對運動員俯仰角和溫度的監(jiān)測效果。

圖4. 瞬間粘合PAMP水凝膠界面在野外跨物種行為檢測中的應用。a)-d)水生及兩棲動物的加速度與俯仰角度：a)鰻魚，b)鯉魚，c)蟹類，d)龜類。e)PAMP水凝膠固定于生物傳感器并完成清潔處理后的典型照片。f)將集成PAMP水凝膠的生物傳感器固定于大鯢（Silurus asotus）后，將其放歸野外并追蹤其運動軌跡的典型照片。g)大鯢在西湖區(qū)域30分鐘內(nèi)的運動軌跡。

期刊：Advanced Science

題目：Underwater Instant Adhesive Hydrogel Interfaces for Robust Biosensing on Diverse Species

作者：Xueyin Chen, Xin Ming,* Jianxiang Wang, Zenghao Xia, Xi Zhu, Lei He, Xiangyang Feng, Wenzhang Fang, Liang Huang, Zhen Xu, and Yuxin Peng*

接受日期：First published: 24 August 2025

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202510702