PAA离子水凝胶的快速3D微制造技术及其pH传感器应用

离子水凝胶由于其离子导电和刺激响应特性，在生物传感、柔性器件和能量存储等新兴领域具有非常广阔的应用前景。聚丙烯酸(PAA)是一种聚阴离子的离子水凝胶, 具有很高的离子导电性。它具有弱酸性，会对pH刺激产生响应，而且成膜性好，在组织工程、药物释控、催化、能量存储、光电传感或驱动等领域具有重要的科学研究和应用价值。然而，传统微纳加工技术很难用于水凝胶材料加工，从而严重限制了离子水凝胶材料在微小型功能器件上应用和发展。

PAA离子水凝胶的快速3D微制造技术及其pH传感器应用

针对这一问题，香港理工大学张阿平博士及其研究团队发展了一种新型光学微制造技术，用于PAA微结构与器件制备。通过集成高速空间光调制器与精密移动和成像设备，该研究团队实现了可直接原位打印电脑软件设计的大面积2D/3D微结构的光学无掩模立体光刻技术。在实验中，通过精确动态控制曝光及光聚合过程，多种精细2D/3D PAA图案被快速打印在玻璃基片上(曝光时间只需10 ~ 30秒)。利用该技术，该研究团队演示了在直径为30微米的微尺度光纤表面原位制造总长度为2厘米的周期性PAA微结构阵列，激发了光纤模式耦合与共振，实现了高灵敏微型光学pH传感器。该工作中实现的快速大面积原位制造技术，还可以作为一种水凝胶材料微纳加工的普适方法，进一步促进水凝胶材料在微小型功能器件上的应用和发展。相关结果发表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201504021）上。