Page Header

Rapid Self-healing Bio-based Hydrogels for Monitoring Human Motion
ไฮโดรเจลชีวภาพที่ซ่อมแซมตัวเองได้อย่างรวดเร็วสำหรับตรวจจับการเคลื่อนไหวของมนุษย์

Nattakan Jaroenthai, Pornnapa Kasemsiri

Abstract


ไฮโดรเจลนำไฟฟ้าอัจฉริยะที่สามารถเป็นเซนเซอร์วัดความเครียดได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก นิยมนำมาใช้ในทางการแพทย์เพื่อตรวจจับการเคลื่อนไหวของมนุษย์และตรวจสอบการดูแลสุขภาพส่วนบุคคล ในงานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อพัฒนาไฮโดรเจลนำไฟฟ้าจาก กลูเตน/กัวกัม (GG) ที่เชื่อมขวางด้วยบอแรกซ์ (Borax) และกรดแทนนิก (TA) โดยศึกษาผลของความเข้มข้นของ TA (0-5wt%) ต่อความสามารถในการนำไฟฟ้าและซ่อมแซมตนเองของไฮโดรเจล การเติม TA เป็นส่วนประกอบของไฮโดรเจล ที่ความเข้มข้น 1.25-5wt% แสดงความสามารถในการซ่อมแซมตนเองของไฮโดรเจลเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและแข็งแรง โดยเวลาในการซ่อมแซมตนเองลดลงจาก 20 วินาที เป็น 3 วินาที เมื่อความเข้มข้นของ TA เพิ่มขึ้น มีค่าการนำไฟฟ้าของไฮโดรเจลในช่วง 0.022-0.027S/m การทดสอบการยึดเกาะผิวหนังของมนุษย์แสดงให้เห็นว่าไฮโดรเจลที่มี TA 2.5wt% สามารถเกาะติดกับผิวหนังได้โดยปราศจากสิ่งตกค้างเมื่อนำตัวอย่างออก แสดงให้เห็นว่าไฮโดรเจลที่มี TA 2.5wt% เป็นความเข้มข้นที่เหมาะสมสำหรับการเตรียมไฮโดรเจล ไฮโดรเจลที่มี TA 2.5wt% แสดงคุณสมบัติอัจฉริยะ เช่น การซ่อมแซมตนเอง การยึดเกาะ และความเสถียรของสัญญาณระหว่างการใช้งานตรวจจับการเคลื่อนไหวของมนุษย์ จากผลการทดลองสรุปได้ว่าไฮโดรเจลที่มีส่วนผสมของ Borax และ TA 2.5wt% สามารถนำไปประยุกต์ใช้เป็นเซนเซอร์วัดความเครียดในการตรวจจับการเคลื่อนไหวของมนุษย์ได้

Conductive hydrogels are widely used as strain sensor in medical application for detecting human motion and personal health care monitoring. This research aims to develop a conductive hydrogel based on gluten/guar gum (GG) crosslinked by borax and tannic acid (TA). The effect of TA content (0-5 wt%) on the conductivity and self-healing ability of hydrogels was investigated. The presence of TA at 1.25-5 wt% in the hydrogel showed rapid and strong self-healing. The self-healing time decreased from 20 s to 3 s when TA content increased. The conductivity of hydrogels was observed in the range of 0.022-0.027 S/m. The human skin adhesion test revealed that the hydrogel containing 2.5 wt% TA could adhere to the skin and left no residue when the sample was removed. It can be suggested that the 2.5 wt% TA was a suitable content for hydrogel preparation. The hydrogel containing 2.5 wt% TA integrated smart functions such as self-healing and self-adhere which performed reproducibility and the stability of the signals during monitoring of human limbs movement. According to the results, the hydrogel containing borax and 2.5 wt% TA could be applied as a strain sensor for monitoring human health.

Keywords


ไฮโดรเจลนำไฟฟ้า; เซนเซอร์วัดความเครียด; พอลิเมอร์ธรรมชาติ; Conductive hydrogel; Strain sensor; Biopolymer

[1] C. Choi, J.M. Lee, S.H. Kim, S.J. Kim, J. Di and R.H. Baughman, Twistable and stretchable sandwich structured fiber for wearable sensors and supercapacitors, Nano Letters, 2016, 16, 7677-7684.

[2] T.Q. Trung, S. Ramasundaram, B. Hwang and N. Lee, An all-elastomeric transparent and stretchable temperature sensor for body-attachable wearable electronics, Advanced Materials, 2016, 28(3),

502-509.

[3] A. Atrei, M. Fiorani, A. Bellingeri, G. Protano and I. Corsi, Remediation of acid mine drainage-affected stream waters by means of eco-friendly magnetic hydrogels crosslinked with functionalized magnetite nanoparticles, Environmental Nanotechnology, Monitoring and Management, 2019, 12,100263.

[4] J.R. Biesiekierski, What is gluten?, Journal of Gastroenterology and Hepatology, 2017, 32(S1), 78-81.

[5] X. Han, W. Lu, W. Yu, H. Xu, S. Bi and H. Cai, Conductive and adhesive gluten ionic skin for eco-friendly strain sensor, Journal of Materials Science, 2021, 56, 3970-3980.

[6] A. Ounkaew, P. Kasemsiri, N. Srichiangsa, K. Jetsrisuparb, J.T.N. Knijnenburg, M. Okhawilai, S. Hiziroglu and S.Theerakulpisut, Multifunctional gluten/guar gum copolymer with self-adhesion, self-healing, and remolding properties as smart strain sensor and self-powered device, Express Polymer Letters, 2022, 16(6), 607-623.

[7] W. Ge, S. Cao, F. Shen, Y. Wang, J. Ren and X. Wang, Rapid self-healing, stretchable, moldable, antioxidant and antibacterial tannic acid-cellulose nanofibril composite hydrogels, Carbohydrate Polymers, 2019, 224, 115147.

[8] L. Zhao, Z. Ren, X. Liu, Q. Ling, Z. Li and H. Gu, A Multifunctional, Self-Healing, Self-Adhesive, and Conductive Sodium Alginate/Poly(vinyl alcohol) Composite Hydrogel as a Flexible Strain Sensor, ACS Applied Materials and Interfaces, 2021, 13, 11344-11355.

[9] X. Pan, Q. Wang, D. Ning, L. Dai, K. Liu, Y. Ni, L. Chen and L. Huang, Ultraflexible self-healing guar gum-glycerol hydrogel with Injectable, Antifreeze, and Strain-Sensitive Properties, ACS Biomaterials Science and Engineering, 2018, 4, 3397-3404.

[10] I. Taesuwan, A. Ounkaew, M. Okhawilai, S. Hiziroglu, W. Jarernboon, P. Chindaprasirt and P. Kasemsiri, Smart conductive nanocomposite hydrogel containing green synthesized nanosilver for use in an eco-friendly strain sensor, Cellulose, 2022, 29, 273-286.

Full Text: PDF

DOI: 10.14416/j.ind.tech.2023.04.003

Refbacks

  • There are currently no refbacks.