西南交大魯雄教授團隊：基於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(si) 幫

導電水凝膠因其高含水量及與(yu) 人體(ti) 軟組織相似的結構，被認為(wei) 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於(yu) 水, 難於(yu) 複合於(yu) 水凝膠網絡中。因此，合成具有優(you) 異性能的導電高分子基水凝膠仍然麵臨(lin) 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(yu) 粘附性，限製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(qin) 水性的聚多巴胺雜化導電聚吡咯，形成親(qin) 水性導電納米複合物，再將高導電複合物與(yu) 丙烯酰胺共聚，從(cong) 而在水凝膠網絡中原位形成納米纖維，成功研製出兼具透明、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(wei) 題，作為(wei) 封麵文章發表於(yu) 2018年8月28日出版的 Chemistry of Materials 上，並被頭條推薦。韓璐博士和閆力維博士生為(wei) 文章共同作者。魯雄教授為(wei) 通訊作者。

基於(yu) 聚多巴胺雜化的導電高分子納米纖維，具有良好的親(qin) 水性，能夠與(yu) 親(qin) 水的聚合物網絡良好的結合，交織形成網絡結構，從(cong) 而在水凝膠中形成完整的導電通路，賦予水凝膠優(you) 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，由於(yu) 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(ti) 外動物實驗表明，在紫外光(30 mW/cm2 , 365 nm)照射20 min後，老鼠的背部皮膚組織依然能保持無損。更重要的是，由於(yu) 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(ti) 皮膚表麵，作為(wei) 導電電極測量人體(ti) 生理信號、記錄肢體(ti) 運動信號，同時讓醫務人員方便的透過水凝膠觀測皮膚表麵。

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(wei) 今後製備疏水性導電高分子複合水凝膠提供了新途徑；為(wei) 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築提供了新思路；所製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(ye) 務費專(zhuan) 項資金和中國博士後基金等項目的資助。

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