Sensor tekanan yang dapat dikenakan fleksibel, dengan respons yang sangat baik dan kemampuan beradaptasi terhadap permukaan melengkung yang kompleks, banyak digunakan dalam pemantauan kesehatan dan perawatan kesehatan yang cerdas. Namun, sensor tekanan tradisional, dibatasi oleh struktur material mereka yang homogen, berjuang untuk mencapai sensitivitas tinggi dan rentang deteksi tekanan yang luas secara bersamaan. Hidrogel konduktif ionik terstruktur gradien menawarkan solusi untuk tantangan ini, tetapi membangun hidrogel tersebut melalui metode sederhana tetap sulit.
Sebuah tim peneliti dari Ningbo Institute of Material Technology and Engineering, Academy of Sciences China, telah mengembangkan strategi sederhana dan efektif untuk membangun hidrogel konduktif ionik modulus-gradien berdasarkan mekanisme interaksi antara asam fitat dan polimer. Hidrogel ini digunakan untuk membangun sensor tekanan berkinerja tinggi. Sensor menunjukkan rentang deteksi tekanan yang lebih luas, kemampuan deteksi tekanan rendah yang unggul, dan sensitivitas keseluruhan yang lebih tinggi, secara efektif mengidentifikasi tekanan lemah yang disebabkan oleh gelombang suara dan aliran udara, tekanan sedang dari berbicara dan menekan jari, dan magnitudo tekanan plantar yang lebih tinggi.
Tim mengeksplorasi interaksi antara asam fitat dan matriks hidrogel, menemukan berbagai mode interaksi antara asam fitat dan berbagai polimer. Dalam hidrogel asam poliakrilamida/fitat, asam fitat bertindak sebagai plasticizer dalam jaringan poliakrilamida, meningkatkan mobilitas rantai molekul poliakrilamida dan mengurangi modulus hidrogel. Dalam hidrogel asam poliakrilat/asam fitat, asam fitat mempromosikan pemisahan mikrofase asam poliakrilat, meningkatkan sifat mekanik hidrogel. Berdasarkan wawasan mekanistik ini, tim menggunakan metode casting solusi pra-polimer untuk membangun sensor tekanan hidrogel konduktif ionik dengan modulus gradien dengan mengintegrasikan berbagai hidrogel polimer asam fitat.
Penelitian menunjukkan bahwa sensor ini mencapai sensitivitas tinggi dan rentang deteksi tekanan yang luas. Dalam hidrogel gradien, daerah asam poliakrilamida/fitat, kaya akan efek plastisisasi, dan daerah asam poliakrilat/asam fitat, kaya akan pemisahan mikrofase, masing-masing memberikan sensor tekanan dengan kemampuan deteksi tekanan rendah yang sangat baik dan respon tekanan tinggi, masing-masing. Sensor hidrogel dapat secara sensitif menanggapi gelombang suara dari frekuensi dan amplitudo yang berbeda tanpa kontak dan dapat secara khusus dan secara reproduksi mengenali suara. Selain itu, sensor dapat mendeteksi aliran udara lemah dengan kecepatan serendah 0. 2 m/s. Selain itu, ia dapat secara sensitif mendeteksi dan merespons sinyal fisiologis seperti getaran denyut nadi dan otot, serta tekanan jari tekanan yang lebih tinggi.
Studi ini menemukan bahwa merakit sensor ini ke dalam array penginderaan plantar transmisi nirkabel memungkinkan deteksi distribusi tekanan plantar bertekanan tinggi, memberikan respons yang berkelanjutan dan stabil terhadap postur status statis yang berbeda dan perubahan tekanan plantar selama berjalan. Selain itu, asam fitat memberikan hidrogel dengan sifat antibakteri yang sangat baik dan biokompatibilitas, meletakkan dasar untuk penerapan sensor tekanan di bidang biomedis.