论文标题：Biocompatible Protein/Liquid Metal Hydrogel-Enabled Wearable Electronics for Monitoring Marine Inhabitants’ Health

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.12.030

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近日，中国水产科学研究院吴立冬团队在中国工程院院刊《Engineering》发表题为 “Biocompatible Protein/Liquid Metal Hydrogel-Enabled Wearable Electronics for Monitoring Marine Inhabitants’ Health” （用于监测海洋生物健康的生物相容性蛋白质/液态金属水凝胶可穿戴电子设备）的研究性文章。该研究成果为海洋生物健康监测领域带来了新的进展，吴立冬、赵锦雪为共同第一作者。

监测海洋生物的健康和迁徙对维持海洋生态系统平衡、推动气候变化研究等至关重要，这也促使水生动物可穿戴传感器快速发展。但此类传感器需要具备强大附着力和生物相容性等关键特性。

此次研究中，科研团队通过将液态金属（LM，共晶镓铟合金）掺入角蛋白（KE），开发出一种混合水凝胶，进而制备出具有优异性能的可穿戴电子设备 —— 角蛋白液态金属（KELM）水凝胶。

在制备工艺上，先把液态金属分散于 5% 的角蛋白溶液，超声处理形成均匀的 LM/KE 悬浮液，再与丙烯酰胺、过硫酸铵等试剂混合，注入模具后在 4°C 保存，即可得到 KELM 水凝胶。研究人员运用多种专业设备对其进行全面表征和测试。

KELM 水凝胶性能卓越。机械性能方面，它的抗拉强度达到 166 kPa，可拉伸至原长的 2600%，稳定性良好，含水量约 70%，质地超软。在粘附性能上，它对 PI、PET、橡胶、猪皮等多种基材都有很强的粘附力，水下粘附效果也十分出色。生物相容性测试表明，KELM 水凝胶对 HACAT 细胞无毒性，细胞增殖情况与对照组相近，细胞凋亡比例低，细胞形态正常，在生物医学领域有很大的应用潜力。电学性能上，其电导率可达 6.84 S/m ，应变系数（GF）为 7.03，响应迅速，拉伸和恢复时间分别为 240 ms和 200 ms，还具备独特的形状记忆特性，能在变形后快速恢复原状。

凭借这些优势，KELM 水凝胶传感器可有效监测扇贝、鲟鱼、大鲵等水生动物的心跳，并能将信号无线传输。不过，当前针对脊椎类水生动物心跳监测采用的侵入性方法存在一定弊端，未来研究将着重开发微创安装技术，同时优化术后恢复环境、增加传感器阵列维度以及改进数据处理和分析方法。

这项研究成果为设计下一代仿生电子设备提供了新思路，在人机界面、电子皮肤、人工智能和健康监测等领域具有潜在的应用价值，有望推动相关领域的进一步发展。

文章信息：

Biocompatible Protein/Liquid Metal Hydrogel-Enabled Wearable Electronics for Monitoring Marine Inhabitants’ Health

用于监测海洋生物健康的生物相容性蛋白质/液态金属水凝胶可穿戴电子设备

作者：

吴立冬#,*, 赵锦雪#, 李沅鑫, 秦海洋, 翟雪静, 李佩仪, 李洋, 刘英楠, 陈宁玥, 李远

引用：

Lidong Wu, Jinxue Zhao, Yuanxin Li, Haiyang Qin, Xuejing Zhai, Peiyi Li, Yang Li, Yingnan Liu, Ningyue Chen, Yuan Li, Biocompatible Protein/Liquid Metal Hydrogel-Enabled Wearable Electronics for Monitoring Marine Inhabitants’ Health, Engineering, 2025

开放获取论文：

https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.12.030

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