水凝胶由于生物组织相近的杨氏模量、出色的生物相容性以及类似生物组织的离子导电性，被广泛应用于可穿戴传感器、柔性执行器、伤口敷料和可植入器件实现生理信号监测、伤口治疗和神经调控等。然而，目前大多数水凝胶柔性电子器件仍面临关键挑战：1、由于其机械强度较低，在使用过程中容易遭受划伤、磨损、撕裂和穿刺等机械损伤，阻碍了其长期运行稳定性和功能可靠性；2、水凝胶的拉伸性和弹性较差，限制了器件性能的提升。因此，具备损伤后自行修复且机械性能优异的水凝胶电子器件，将极大地推动水凝胶在可穿戴医疗健康监测领域的应用。但自愈合能力依赖于可逆的动态共价键或非共价相互作用以及高分子链的迁移率，而优异的机械强度，则要求聚合物链间形成牢固稳定的交联结构，二者对化学键的要求存在冲突。

  为应对这些挑战，西安交通大学赵立波教授团队、李支康副教授课题组创新性的提出了结合互穿聚合物网络、分级氢键与硼酸酯键的多重相互作用的策略，有效平衡了机械性能和自愈合性能之间的冲突。通过将聚乙烯醇（PVA）、丙烯酰基甘氨酰胺（NAGA）、硼砂（borax）、氯化钠（NaCl）引入GelMA基体中，采用两步交联法，成功制备了一种具备自愈合能力、高拉伸性和离子导电的GelMA/PNAGA/PVA/borax-NaCl（GNPB）水凝胶。GelMA链、PVA链和PNAGA链之间可以形成丰富的可逆氢键作用；PVA链的顺式二醇位点的两个相邻的羟基与硼砂分解出的四硼酸根离子发生多重络合，可以形成动态硼酸酯键，通过可逆氢键与动态硼酸酯键协同作用赋予GelMA水凝胶自愈合能力。其力学性能通过“互穿+半互穿”多重网络的构建得到强化。PVA丰富的羟基位点可以与GelMA链之间通过氢键作用相互缠绕形成“半互穿”网络，减少了GelMA大分子链之间的大量缠绕，同时动态硼酸酯键可以作为“牺牲键”在承受变形时耗散能量，提高其可拉伸性。引入PNAGA聚合物链后，网络中的共价交联点增加，在PNAGA链双酰胺基团之间可以形成稳定的强氢键，GelMA链与PNAGA链之间通过共价键和氢键作用形成“互穿”网络，进一步提高了水凝胶的韧性和弹性。该策略可进一步应用于天然聚合物基水凝胶（如胶原蛋白和壳聚糖），以实现机械性能和自愈合性能的协同提升。

GNPB水凝胶合成原理及形貌表征

水凝胶应变传感器用于手指弯曲、膝盖弯曲、呼吸和发音等监测

  基于这种独特的设计策略，所获得的GNPB水凝胶与纯GelMA水凝胶相比，性能得到了显著提升： 拉伸率达到160%（提升4倍），拉伸强度达130 kPa（提升10倍），韧性达139.1 kJ·m-3（提升50倍），自愈合效率达86%。基于该水凝胶的应变传感器实现了高灵敏度（GF≈3.28）、超低检测限（0.1%）以及受损后优异的性能恢复能力（灵敏度恢复率达100%，传感范围恢复率达75%）。原始传感器和修复后的传感器成功应用于监测手指、手腕、肘部和膝盖等关节运动以及脸颊鼓起、喉咙振动、心率等细微的变形。该研究为提高GelMA水凝胶的综合性能开辟了新途径，将进一步推动其在可穿戴柔性电子领域的实际应用。

  该研究成果以“Highly Stretchable, Self-Healable, and Conductive Gelatin Methacryloyl Hydrogel for Long-Lasting Wearable Tactile Sensors”为题近日在国际知名期刊Advanced Science（IF=14.3）上在线发表。西安交通大学仪器科学与技术学院李支康副教授为论文第一作者，硕士生王斌为该论文学生第一作者，西安交通大学仪器科学与技术学院赵立波教授、西北工业大学薛语萌副教授以及北京大学第三医院韩耕愚为共同通讯作者。

  该研究得到国家自然科学基金、陕西省科技新星项目、陕西省创新能力支撑计划科技创新团队项目和陕西省重点研发计划等项目的资助。

  文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202502678

  赵立波教授主页：http://gr.xjtu.edu.cn/web/libozhao