Современные достижения в области электропроводящих гидрогелей на основе природных биополимеров для гибких носимых сенсоров и энергетических устройств: материалы, структуры и эксплуатационные характеристики

Электропроводящие гидрогели на основе природных биополимеров сочетают присущие биополимерам возобновляемость, нетоксичность, биосовместимость и биоразлагаемость с высокой гибкостью и электропроводностью гидрогелей, что делает их перспективными для применения в носимых и растяжимых сенсорных устройствах. По сравнению с традиционными гибкими подложками из полимеров нефтехимического происхождения электропроводящие гидрогели, состоящие из непрерывных сшитых полимерных сетей и содержащие большое количество воды, обеспечивают более удачное сочетание растяжимости и электропроводности: полимерные сетки придают гидрогелям механическую гибкость, а вода обеспечивает непрерывный перенос ионов. В отличие от полимеров нефтехимического происхождения биополимеры, выделяемые из биологических ресурсов и обладающие присущими им биосовместимостью и биоразлагаемостью, обычно рассматриваются как подходящие материалы для создания носимых устройств. Например, целлюлозу, хитозан и шёлковый фиброин часто выбирают для создания электропроводящих гидрогелей, обеспечивая им улучшенные механические свойства и высокую биосовместимость. В настоящем обзоре обобщены последние достижения в области электропроводящих гидрогелей на основе природных биополимеров, применяемых в устройствах для регистрации электрических сигналов, с особым вниманием к четырём типичным биополимерам: целлюлозе, хитозану, шёлковому фиброину и желатину. Представлены химические структуры и физико-химические свойства этих биополимеров, подробно рассмотрено их применение в различных сенсорах на основе электропроводящих гидрогелей. В заключение обсуждаются сохраняющиеся проблемы и перспективы дальнейшего развития.