随着可穿戴电子设备与物联网技术的飞速发展，人体运动监测、健康管理及人机交互等领域对高性能水凝胶传感器的需求愈发迫切。水凝胶凭借其柔软、可拉伸及离子导电特性，成为穿戴式传感器的理想材料候选，但现有产品普遍面临核心痛点：出汗环境下粘附稳定性差、信号易失真、生物相容性不足，且难以实现无痛按需剥离，严重限制了其实际应用。福州大学黄剑莹教授此前已在导电水凝胶、湿度传感器等领域取得系列成果，此次针对穿戴场景的关键技术瓶颈，成功研发出新型PASLC水凝胶（P(AAc-co-SBMA-co-LMA)/CMC）。

  2026年1月13日，相关研究以“Dynamic Interchain Regulated Responsive Hydrogels With Stable Adhesion and On‐Demand Detachment for Comfortable Wearable Sensors”为题发表于《Advanced Functional Materials》上。

汗液自适应粘附机制：离子调控的动态链间作用创新

  PASLC水凝胶通过一步自由基聚合反应合成，以丙烯酸（AAc）、磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯（SBMA）、月桂基甲基丙烯酸酯（LMA）为共聚单体，羧甲基纤维素（CMC）构建次级网络，其核心创新在于利用汗液固有离子组成实现动态链间相互作用的智能调控，无需外部刺激即可完成粘附与剥离的双向响应。其中：

  （1）丙烯酸（AAc）：提供羧基（-COO^-），是静电屏蔽效应的核心作用位点；出汗时与 Na⁺配位，屏蔽链间静电排斥，增强链间凝聚力；纯水中无Na⁺时，羧基间排斥主导，驱动水凝胶溶胀剥离。

  （2）磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯（SBMA）：两性离子结构，增强水凝胶离子导电性（无需额外导电填料），提升传感灵敏度；同时优化网络交联密度，增强水凝胶机械稳定性和界面润湿性。

  （3）羧甲基纤维素（CMC）：构建二次网络，与AAc协同提供丰富含氧官能团，增强分子间氢键；提升水凝胶机械强度（拉伸强度95.3 kPa）和结构完整性，避免运动中破裂。

  （4）疏水单体，通过疏水作用调节水凝胶溶胀平衡；抑制出汗时过度水化，增强湿粘附稳定性。

  从宏观功能来看，水凝胶在运动出汗场景中展现出抗溶胀强粘附特性，而在纯水中则快速溶胀实现易剥离，直观呈现了“环境自适应”的设计目标；从分子层面分析，出汗环境中，汗液中的Na⁺与水凝胶-COO^-形成配位，屏蔽静电排斥并增强链间内聚力，同时盐离子引发盐析效应，削弱聚合物-水相互作用，使网络结构致密稳定；而在纯水中，无离子屏蔽时静电排斥加剧，水凝胶快速溶胀导致粘附失效。这些图示还呈现了其应用场景架构，通过蓝牙无线模块实现运动信号的实时采集与多通道监测，为实际应用提供了清晰方案。

图1.水凝胶湿粘附策略、链间作用机制及无线传感系统示意图。

汗液稳定粘附性能的调控机制

  为验证机制的科学性，团队通过组分对比、光谱分析、理论计算等系列测试形成完整证据链：明确了AAc在离子调控中的核心作用，SBMA与LMA的协同优化增强了网络致密性与抗溶胀能力；通过原位FT-IR、拉曼光谱等表征，证实盐离子驱动分子间相互作用增强、链间距离缩短；DFT计算从理论上验证了Na⁺与-COO^-结合的稳定性，为离子调控机制提供了有力支撑。

图2.水凝胶溶胀特性、链间作用及结构表征

按需粘附特性与湿环境强粘附性能

  在粘附与剥离性能上，图示清晰呈现了优化后的水凝胶配方在汗液环境中保持高粘附强度，对干燥和湿润猪皮的粘附力均表现优异，且24 h连续汗液浸泡后性能依旧稳定；而在纯水中，粘附强度可快速下降至无痛剥离水平，且无残留，避免损伤皮肤屏障。同时，短暂水洗后仍能维持足够粘附力，有效防止日常使用中意外脱落，兼顾了实用性与安全性。

图3.水凝胶粘附性能及按需剥离测试

传感稳定性与穿戴舒适性的双重突破

  在传感性能上，图示通过循环拉伸、不同速率测试等证实，水凝胶在大应变下滞后性低、抗疲劳性突出，250次拉伸循环后信号无明显衰减；即使在汗液环境中长时间浸泡，低应变区域（对应人体关节运动）的灵敏度仍能保持较高水平，在体测试中可稳定捕捉膝关节运动信号长达50 min，无漂移失真，完全满足剧烈运动时的传感需求。在生物相容性上，细胞毒性测试与人体皮肤刺激测试图示表明，水凝胶提取物对细胞存活率影响极小，连续皮肤接触无过敏、红肿等不良反应，为长期穿戴提供了安全保障。

图4.水凝胶传感性能及生物相容性测试

多场景应用潜力：从日常穿戴到极端环境的广泛适配

  用场景相关图示充分展现了PASLC水凝胶的实用价值与拓展潜力，其创新设计使其应用远超常规穿戴设备。

  在智能运动监测领域，通过集成蓝牙多通道无线传感系统，可实时捕捉手指、手腕、膝盖等多关节运动信号，通过信号特征提取，能精准区分运动类型（行走vs跑步）、强度（高抬腿vs深蹲）及频率；多通道协同监测还能识别关节运动方向，为精准运动分析、康复训练提供技术支撑。

  在应急场景中，结合摩尔斯电码协议，可通过电阻变化率传输“SOS”、“help”等求救信号，为运动损伤、户外遇险等情况提供应急通信保障。

  在极端环境适配上，图示证实水凝胶在海水中仍能保持低溶胀率和结构完整性，稳定传输传感信号，可用于水下作业监测、海洋环境传感，甚至发送水下求救信号，为海洋作业安全提供技术支持，展现出在极端高盐环境中的广泛适用性。

  此外，其汗液自适应粘附与温和剥离特性，在智能医疗监测（如长期生理信号采集）、人机交互（如柔性可穿戴控制器）等领域也具有巨大应用潜力。

图5.多通道无线传感及运动识别测试

  总结：福州大学团队研发的PASLC水凝胶，以“静电屏蔽+盐析效应”的协同创新，成功破解了穿戴电子设备中湿粘附稳定性与按需剥离的长期矛盾。系列图示从机制原理、性能验证到应用场景，构建了“原理-性能-应用”的完整技术链条，直观呈现了水凝胶无需外部刺激即可实现环境响应式粘附调控的核心优势。

  该水凝胶兼具高灵敏传感性能、优异生物相容性及极端环境适配能力，全面满足了穿戴设备的实用需求，为汗液自适应粘附材料的设计提供了新思路。其创新突破不仅显著拓展了水凝胶基电子设备的应用场景，更有望推动下一代智能穿戴、健康监测及人机交互系统的技术革新，为相关领域提供更舒适、更可靠以及更多功能的解决方案。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202528954