可食用电子材料是指一类完全由食品级、生物相容性和可生物降解成分组成的材料，这些成分本身具有电学性质（Wu等人，2020年）。由于这些材料能够在人体内安全降解、消化或代谢，因此适用于可摄入电子设备，如可食用传感器、电池、瞬态电路和智能药物输送胶囊（Pu等人，2025年；Sharova等人，2023年）。这些材料的物理和电学行为因其分子组成和结构而异。例如，淀粉、壳聚糖、明胶、纤维素和海藻酸盐等生物基聚合物通常由于电荷迁移率有限而作为电绝缘体（Thakur & Poddar，2024年）。某些天然色素，如β-胡萝卜素、真菌衍生的叶黄素和核黄素，表现出半导体特性（Sharova等人，2021年）。金、银、活性炭（AC）和某些含电解质的食品（如柠檬和富含电解质的饮料）等导电材料可作为可食用导体，其中电荷传输通过自由电子或移动离子的移动实现（Lamanna等人，2023年；Radovanović等人，2025年）。通过战略性地整合这些不同的材料类别，可以开发出多种可食用电子材料。
作为可食用电子系统的关键组成部分，导电材料对于实现有效的电荷传输和整体设备功能至关重要。尽管基于金属的导体具有高电导率，但它们存在一些缺点，包括高成本、有限的可扩展性以及与金属纳米颗粒在胃肠道中积累相关的生物安全问题（McClements & Xiao，2017年）。相比之下，生物质衍生的活性炭提供了一种成本效益高、可扩展且生物相容的替代品。根据欧洲食品安全局（EFSA）的数据，英国成年人对AC（E153，也称为活性炭和植物碳）的估计膳食暴露量为每天每公斤体重3.8至28.1毫克（EFSA食品添加剂和食品中添加的营养来源小组（ANS），而可接受的每日摄入量据报道为每天每公斤体重0.5～1.0克（Sharova等人，2021年）。这一监管阈值反映了AC的安全裕度，支持其在直接接触食品或适当限制的情况下偶然摄入的应用。除了其良好的安全性外，生物质衍生的活性炭还具有高电导率（0.001-1.940 S/cm）、较大的比表面积和可调的孔隙率（Bogeat，2021年），使其能够集成到可食用电子组件中，如电极、传感元件和导电网络。其食品级地位和来自可再生资源的特性进一步增强了其在可持续和可摄入电子系统中的适用性。
活性炭主要由无序排列的层状石墨碳原子组成（Shiryaev等人，2023年）。这种独特的结构缺乏内在的结合能力，需要加入粘合剂或支撑基质以实现结构完整性并形成用于实际电子应用的稳定复合材料。最近在可食用电子产品的设计和制造方面的趋势集中在将AC与食品级生物基聚合物和天然添加剂结合使用。迄今为止，蛋清（Le Borgne等人，2019年）、糖、乙基纤维素（Lamanna等人，2023年）、食用油（Fukada等人，2022年）、结冷胶、牛血清白蛋白（Nandi等人，2021年）和天然蜡（Basarir等人，2024年）已被用于与AC结合制造可食用电子产品。这些粘合剂和添加剂不仅增强了基于AC的复合材料的机械性能，还确保了其生物相容性和可食用性，使其成为医疗保健、食品质量监测和环保电子产品的潜在候选材料。
最近，Cataldi等人（2022年）开发了一种基于AC、蜂蜡和植物油的导电复合油凝胶。它有潜力作为可食用导体，通过电化学阻抗谱（EIS）监测水果成熟度。同样，Annese等人（2023年）使用基于AC的油凝胶制造了一种用于软机器人的可食用倾斜传感器。基于AC的油凝胶的优点包括在直接接触食品时避免食品污染，以及在空气和水环境中都具有出色的稳定性。然而，油凝胶系统严重依赖脂质成分，由于其高脂肪含量而不适合低脂或无脂产品，并且生产过程成本较高且复杂，长期稳定性可能受到紫外线诱导的氧化降解的影响。
为了解决这些限制，本研究提出了一种由AC、明胶（Gel）和甘油（Gly）组成的替代可食用导电水凝胶系统，旨在提高可食用性、简化制造过程并扩大与各种食品产品的兼容性。明胶是一种广泛使用的可食用生物聚合物，由胶原蛋白的部分水解获得（Alipal等人，2021年），它作为粘合剂并赋予生物相容性和机械柔韧性。甘油作为增塑剂，增强了水凝胶的弹性和稳定性（Xia等人，2019年）。这两种成分由于其安全性、多功能性和功能特性，在食品、制药和生物医学应用中得到广泛应用。研究了AC/Gel/Gly复合水凝胶的结构、形态、热稳定性、机械性能、降解性、电导率和细胞相容性。此外，还使用鱼片作为模型样本进行了概念验证研究，以证明该水凝胶作为通过EIS进行实时食品质量监测的非侵入性、可食用电极的适用性。监测策略依赖于储存引起的鱼组织物理化学变化导致的阻抗变化（Wang等人，2024年），而柔软且导电的水凝胶提供了符合生物学的电极界面，用于无损检测。
