Elastīgi valkājamie spiediena sensori ar izcilo reakciju un pielāgošanās spēju pret sarežģītām izliektām virsmām tiek plaši izmantoti veselības uzraudzībā un viedajā veselības aprūpē. Tomēr tradicionālie spiediena sensori, kuru ierobežo viņu materiālu viendabīga struktūra, vienlaikus cīnās par gan augstu jutīgumu, gan plašo spiediena noteikšanas diapazonu. Gradienta strukturētie jonu vadošie hidrogēli piedāvā risinājumu šim izaicinājumam, bet šādu hidrogelu konstruēšana, izmantojot vienkāršas metodes, joprojām ir grūti.
Ķīnas Zinātņu akadēmijas Ningbo Materiālu tehnoloģiju un inženierzinātņu institūta pētniecības grupa ir izstrādājusi vienkāršu un efektīvu stratēģiju moduļa-gradienta jonu vadītspējīgu hidrogelu izveidošanai, pamatojoties uz fitīnskābes un polimēru mijiedarbības mehānismu. Šie hidrogēli tiek izmantoti, lai izveidotu augstas veiktspējas spiediena sensorus. Sensoriem ir plašāks spiediena noteikšanas diapazons, augstāka zema spiediena noteikšanas iespējas un augstāka vispārējā jutība, efektīvi identificējot vāju spiedienu, ko izraisa skaņas viļņi un gaisa plūsma, mērens spiediens no runāšanas un pirkstu presēšanas, kā arī augstāka plantāra spiediena apjoma.
Komanda izpētīja mijiedarbību starp fitīnskābi un hidrogela matricu, atklājot dažādus mijiedarbības režīmus starp fitīnskābi un dažādiem polimēriem. Poliakrilamīda/fitskābes hidrogelos fitīnskābe darbojas kā plastifikators poliakrilamīda tīklā, palielinot poliakrilamīda molekulāro ķēžu mobilitāti un samazinot hidrogēla moduli. Poliakrilskābes/fitīnskābes hidrogelos fitīnskābe veicina poliakrilskābes mikrofāzes atdalīšanos, uzlabojot hidrogēla mehāniskās īpašības. Balstoties uz šīm mehānistiskajām atziņām, komanda izmantoja pirmspolimēra šķīduma liešanas metodi, lai izveidotu jonu vadošu hidrogela spiediena sensoru ar gradienta moduli, integrējot dažādus fitskābes polimēra hidrogēlus.
Pētījums parāda, ka šis sensors sasniedz gan augstu jutīgumu, gan plašu spiediena noteikšanas diapazonu. Gradienta hidrogelā poliakrilamīda/fitīnskābes reģions, kas bagāts ar plastifikācijas iedarbību, un poliakrilskābes/fitīnskābes reģions, kas ir bagāts ar mikrofāzes atdalīšanu, attiecīgi nodrošina spiediena sensoru ar lieliskām zema spiediena noteikšanas iespējām un augsta spiediena reakciju. Hidrogela sensors var jutīgi reaģēt uz dažādu frekvenču un amplitūdu skaņas viļņiem bez saskares un var īpaši un reproducējami atpazīt skaņas. Turklāt sensors var noteikt vājas gaisa plūsmas ar tik zemu ātrumu kā 0. 2 m/s. Turklāt tas var jutīgi noteikt un reaģēt uz fizioloģiskiem signāliem, piemēram, impulsu un muskuļu vibrācijām, kā arī augstāka spiediena pirkstu preses.
Pētījumā atklājās, ka šī sensora salikšana bezvadu transmisijas plantāra sensoru masīvā ļauj noteikt augsta spiediena plantāra spiediena sadalījumu, nodrošinot nepārtrauktu un stabilu reakciju uz dažādām statiskām stāvošām pozām un plantāra spiediena izmaiņām staigāšanas laikā. Turklāt fitīnskābe hidrogelam piešķir lieliskas antibakteriālas īpašības un bioloģisko savietojamību, novietojot pamatus spiediena sensoru pielietošanai biomedicīnas laukā.