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秒內即可實現超過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)模化制造工藝。這種具有類組織柔軟度≈10^9 kPa的水凝膠界面，實現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：前驅體溶液持續(xù)轉化為PAMP干凝膠，經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控。a)離子交換樹脂（PEO）凍干樣品、水凝膠-基底粘附及纖維結構的掃描電鏡圖像。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構框圖。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