高性能pH傳感器的開發對于廣泛的應用至關重要，包括生理過程的實時監測、環境污染檢測和工業質量控制。傳統的pH傳感器通常基于電化學或光學原理，通常受到剛性、生物相容性差和對環境刺激敏感性低等限制。最近的進展側重于通過將水凝膠等柔軟、柔性材料集成到傳感器設計中來克服這些挑戰。水凝膠因其高含水量、生物相容性和可調特性，已成為制造下一代傳感器的理想候選者，這些傳感器不僅靈敏、反應靈敏，而且能夠適應不同的基板和環境。

基于此，開發了一種利用功能性水凝膠的一維拉伸pH傳感器。這種傳感器設計將水凝膠材料的優點與拉伸的一維（1D）結構配置相結合，以提高傳感器的機械靈活性和靈敏度。這項創新將水凝膠材料的固有優勢（如高含水量、彈性和可調機械性能）與一維拉伸結構相結合，提高了傳感器的靈敏度、耐用性和易用性。通過利用這些功能，開發的傳感器能夠提供實時、精確的pH值測量，并具有適應各種表面的額外好處，包括柔軟和可拉伸的環境。這一突破為在復雜、動態的環境中部署pH傳感器開辟了新的可能性，在這些環境中，傳統的傳感器設計可能難以有效執行。

傳感器pH響應性能涉及將基于水凝膠基傳感器浸入不同pH值（從酸性到堿性）溶液中，對其電位變化進行檢測。該傳感器顯示出其電位響應信號與溶液pH值之間的線性關系。

這項創新工作代表了柔性pH傳感領域的重大進步，為軟動態環境中的實時pH監測提供了一種通用、耐用和靈敏的解決方案。功能性水凝膠與一維拉伸結構的成功整合提供了機械靈活性和化學反應性的獨特組合，即使在具有挑戰性的條件下也能進行精確的pH測量。這些實驗結果為進一步開發基于水凝膠的傳感器鋪平了道路，并為其在生物醫學、環境監測和智能材料中的應用開辟了新的可能性。

應用前景：

由于其靈活性、靈敏度和生物相容性的獨特組合，具有功能性水凝膠的一維拉伸pH傳感器的開發在各個領域開辟了廣泛的潛在應用場景。以下是這種創新傳感器的一些關鍵應用領域：

1.可穿戴健康監測

該傳感器能夠檢測生理環境中微妙的pH值變化，因此非常適合用于可穿戴健康監測設備，如智能繃帶或皮膚貼片。這些設備可以監測汗液、間質液，甚至皮膚表面pH值的變化，這可以指示各種健康狀況，包括脫水、傷口愈合或感染。例如：

傷口監測：該傳感器可以跟蹤傷口部位的pH值變化，pH值的變化可能預示感染或愈合的進展。

汗液分析：通過監測汗液的pH值，傳感器可以實時了解佩戴者的代謝狀態、電解質平衡，甚至壓力水平。

2.生物醫學診斷

基于水凝膠的功能性pH傳感器可以集成到可植入醫療設備中，用于連續監測組織、血液或其他體液中的pH值。這些傳感器可用于以下應用：

血糖監測：由于血液pH值變化可能與代謝過程有關，因此該傳感器可以幫助監測糖尿病或其他代謝紊亂。

組織健康監測：組織的pH值變化可以指示炎癥、感染或腫瘤。該傳感器可用于疾病進展的早期檢測或個性化治療計劃。

3.智能材料和軟機器人

將功能性水凝膠集成到一維拉伸pH傳感器設計中，為智能材料和軟機器人技術提供了令人興奮的可能性。這些傳感器可以作為適應不斷變化的環境條件的系統中的響應組件：

自修復材料：該傳感器可以嵌入自修復材料中，監測內部pH值，并在發生損壞時觸發修復機制，特別是在惡劣條件下。

軟機器人：軟機器人通常需要能夠檢測環境變化并相應地調整其運動的傳感器。拉伸pH傳感器可以集成到軟機器人中，用于醫學應用（例如，用于微創手術）或搜救行動，其中傳感器可以監測各種表面或材料的pH變化。

4.機器人手術器械

在機器人手術領域，精度和適應性至關重要，張力pH傳感器可用于在手術過程中監測組織的pH值。傳感探頭可以追蹤組織健康狀況：組織的pH值變化可能表明損傷、炎癥或感染。配備這種傳感器的機器人手術工具可以為外科醫生提供實時反饋，以優化干預措施。

水凝膠傳感材料