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四川致研科技有限公司>>技术文章>>西南交大鲁雄教授团队:基于导电高分子纳米纤维的透明导电水凝胶

西南交大鲁雄教授团队:基于导电高分子纳米纤维的透明导电水凝胶

阅读:147        发布时间:2018/9/6

来源:高分子科学前沿    易丝帮

 

导电水凝胶因其高含水量及与人体软组织相似的结构,被认为在生物医学工程领域最有前景的柔性导电材料。然而,常规的导电高分子普遍不溶于水, 难于复合于水凝胶网络中。因此,合成具有优异性能的导电高分子基水凝胶仍然面临挑战。另外,现有的导电水凝胶导电水凝胶缺少合适的生物相容性与粘附性,限制了其在生物医学工程领域的应用。

 

针对以上问题,西南交通大学鲁雄教授课题组提出在在水凝胶网络中原位形成导电高分子纳米纤维的设计理念,采用亲水性的聚多巴胺杂化导电聚吡咯,形成亲水性导电纳米复合物,再将高导电复合物与丙烯酰胺共聚,从而在水凝胶网络中原位形成纳米纤维,成功研制出兼具透明、导电、耐拉伸、自粘附性能的新型水凝胶材料。研究成果以“Transparent, Adhesive, and Conductive Hydrogel for Soft Bioelectronics Based on Light-Transmitting Polydopamine-Doped Polypyrrole Nanofibrils”为题,作为封面文章发表于2018年8月28日出版的 Chemistry of Materials 上,并被头条推荐。韩璐博士和闫力维博士生为文章共同第一作者。鲁雄教授为通讯作者。

 

基于聚多巴胺杂化的导电高分子纳米纤维,具有良好的亲水性,能够与亲水的聚合物网络良好的结合,交织形成网络结构,从而在水凝胶中形成完整的导电通路,赋予水凝胶优良的导电性能(12 S/m)。该纳米纤维网络,允许可见光穿透,使得该水凝胶具有良好透明性能(70%)。另外,这种网络结构能够在水凝胶形变中均匀分散应力,有效地弛豫外力和耗散能量,因此,水凝胶具有超高的拉伸形变能力(2000%)以及断裂能(3000 J/m2)。此外,由于聚多巴胺-聚吡咯良好的紫外光吸收能力,使得导电水凝胶在保证透明的前提下,表现出良好的防紫外光的能力。体外动物实验表明,在紫外光(30 mW/cm2 , 365 nm)照射20 min后,老鼠的背部皮肤组织依然能保持无损。更重要的是,由于巧妙地引入了聚多巴胺的酚羟基功能团,导电水凝胶表现良好的组织粘附性。这种同时具有透明导电、自粘附性能的水凝胶能够方便的,快捷的粘贴在人体皮肤表面,作为导电电极测量人体生理信号、记录肢体运动信号,同时让医务人员方便的透过水凝胶观测皮肤表面。

 

图1. 透明、导电、耐拉伸、自粘附性能的新型导电水凝胶材料的设计。

 

这种原位形成透明导电纳米网络的策略为今后制备疏水性导电高分子复合水凝胶提供了新途径;为研发具有电学性能以及透明性能、组织粘附性能的导电高分子基水凝胶材料的设计和构筑提供了新思路;所制备的水凝胶材料在柔性、透明、可拉伸电子设备领域、电子皮肤,可穿戴智能器械等领域具有广泛的应用前景。

 

该工作得到了国家重点研发计划 (2016YFB0700802),国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金和中国博士后基金等项目的资助。

 

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