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

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