西南交大魯雄教授團(tuán)隊(duì)：基于導(dǎo)電高分子納米纖維的透明導(dǎo)電水凝膠

來(lái)源：高分子科學(xué)前沿    易絲幫

導(dǎo)電水凝膠因其高含水量及與人體軟組織相似的結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域有前景的柔性導(dǎo)電材料。然而，常規(guī)的導(dǎo)電高分子普遍不溶于水, 難于復(fù)合于水凝膠網(wǎng)絡(luò)中。因此，合成具有優(yōu)異性能的導(dǎo)電高分子基水凝膠仍然面臨挑戰(zhàn)。另外，現(xiàn)有的導(dǎo)電水凝膠導(dǎo)電水凝膠缺少合適的生物相容性與粘附性，限制了其在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

針對(duì)以上問(wèn)題，西南交通大學(xué)魯雄教授課題組提出在在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位形成導(dǎo)電高分子納米纖維的設(shè)計(jì)理念，采用親水性的聚多巴胺雜化導(dǎo)電聚吡咯，形成親水性導(dǎo)電納米復(fù)合物，再將高導(dǎo)電復(fù)合物與丙烯酰胺共聚，從而在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位形成納米纖維，成功研制出兼具透明、導(dǎo)電、耐拉伸、自粘附性能的新型水凝膠材料。研究成果以“Transparent, Adhesive, and Conductive Hydrogel for Soft Bioelectronics Based on Light-Transmitting Polydopamine-Doped Polypyrrole Nanofibrils”為題，作為封面文章發(fā)表于2018年8月28日出版的 Chemistry of Materials 上，并被頭條推薦。韓璐博士和閆力維博士生為文章共同作者。魯雄教授為通訊作者。

基于聚多巴胺雜化的導(dǎo)電高分子納米纖維，具有良好的親水性，能夠與親水的聚合物網(wǎng)絡(luò)良好的結(jié)合，交織形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而在水凝膠中形成完整的導(dǎo)電通路，賦予水凝膠優(yōu)良的導(dǎo)電性能(12 S/m)。該納米纖維網(wǎng)絡(luò)，允許可見(jiàn)光穿透，使得該水凝膠具有良好透明性能(70%)。另外，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠在水凝膠形變中均勻分散應(yīng)力，有效地弛豫外力和耗散能量，因此，水凝膠具有超高的拉伸形變能力(2000%)以及斷裂能(3000 J/m2)。此外，由于聚多巴胺-聚吡咯良好的紫外光吸收能力，使得導(dǎo)電水凝膠在保證透明的前提下，表現(xiàn)出良好的防紫外光的能力。體外動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，在紫外光(30 mW/cm2 , 365 nm)照射20 min后，老鼠的背部皮膚組織依然能保持無(wú)損。更重要的是，由于巧妙地引入了聚多巴胺的酚羥基功能團(tuán)，導(dǎo)電水凝膠表現(xiàn)良好的組織粘附性。這種同時(shí)具有透明導(dǎo)電、自粘附性能的水凝膠能夠方便的，快捷的粘貼在人體皮膚表面，作為導(dǎo)電電極測(cè)量人體生理信號(hào)、記錄肢體運(yùn)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)讓醫(yī)務(wù)人員方便的透過(guò)水凝膠觀(guān)測(cè)皮膚表面。

圖1. 透明、導(dǎo)電、耐拉伸、自粘附性能的新型導(dǎo)電水凝膠材料的設(shè)計(jì)。

這種原位形成透明導(dǎo)電納米網(wǎng)絡(luò)的策略為今后制備疏水性導(dǎo)電高分子復(fù)合水凝膠提供了新途徑；為研發(fā)具有電學(xué)性能以及透明性能、組織粘附性能的導(dǎo)電高分子基水凝膠材料的設(shè)計(jì)和構(gòu)筑提供了新思路；所制備的水凝膠材料在柔性、透明、可拉伸電子設(shè)備領(lǐng)域、電子皮膚，可穿戴智能器械等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 （2016YFB0700802），國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金和中國(guó)博士后基金等項(xiàng)目的資助。

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