西南交大魯雄教授團隊：基于導電高分子納米纖維的透明導電水凝膠

來源：高分子科學前沿    易絲幫

導電水凝膠因其高含水量及與人體軟組織相似的結構，被認為在生物醫學工程領域有前景的柔性導電材料。然而，常規的導電高分子普遍不溶于水, 難于復合于水凝膠網絡中。因此，合成具有優異性能的導電高分子基水凝膠仍然面臨挑戰。另外，現有的導電水凝膠導電水凝膠缺少合適的生物相容性與粘附性，限制了其在生物醫學工程領域的應用。

針對以上問題，西南交通大學魯雄教授課題組提出在在水凝膠網絡中原位形成導電高分子納米纖維的設計理念，采用親水性的聚多巴胺雜化導電聚吡咯，形成親水性導電納米復合物，再將高導電復合物與丙烯酰胺共聚，從而在水凝膠網絡中原位形成納米纖維，成功研制出兼具透明、導電、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絡良好的結合，交織形成網絡結構，從而在水凝膠中形成完整的導電通路，賦予水凝膠優良的導電性能(12 S/m)。該納米纖維網絡，允許可見光穿透，使得該水凝膠具有良好透明性能(70%)。另外，這種網絡結構能夠在水凝膠形變中均勻分散應力，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，使得導電水凝膠在保證透明的前提下，表現出良好的防紫外光的能力。體外動物實驗表明，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，導電水凝膠表現良好的組織粘附性。這種同時具有透明導電、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，作為導電電極測量人體生理信號、記錄肢體運動信號，同時讓醫務人員方便的透過水凝膠觀測皮膚表面。

圖1. 透明、導電、耐拉伸、自粘附性能的新型導電水凝膠材料的設計。

這種原位形成透明導電納米網絡的策略為今后制備疏水性導電高分子復合水凝膠提供了新途徑；為研發具有電學性能以及透明性能、組織粘附性能的導電高分子基水凝膠材料的設計和構筑提供了新思路；所制備的水凝膠材料在柔性、透明、可拉伸電子設備領域、電子皮膚，可穿戴智能器械等領域具有廣泛的應用前景。

該工作得到了國家重點研發計劃 （2016YFB0700802），國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金和中國博士后基金等項目的資助。

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