西南交大魯雄教授團隊（duì）：基於導電高分子納（nà）米（mǐ）纖維的透明（míng）導電水凝膠

來源：高分子科學前沿（yán）    易絲幫

導電水凝膠因其高含（hán）水量及與人體軟組織相（xiàng）似的結構，被認為在生物醫學（xué）工程領域有前景的柔性導電材料。然（rán）而，常規的導（dǎo）電高分子普遍不溶於水, 難於複合於水凝膠網（wǎng）絡中。因此，合成具有（yǒu）優異性（xìng）能的導電高分子基水（shuǐ）凝膠仍然麵臨挑戰。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，限製了其（qí）在生物（wù）醫學工程領域的應用。

針對以上問題，西（xī）南交通大學魯雄教授課題組提出在在水凝膠（jiāo）網絡中原位（wèi）形成導電高分子納米纖維的設計理念，采用親（qīn）水性的（de）聚多巴胺雜（zá）化導電聚（jù）吡咯，形成親水性導電納米複（fù）合物，再將高導電複合物與丙烯（xī）酰胺共聚，從而在水凝膠網（wǎng）絡中原位形成納米纖維，成功研製出兼具透明、導電（diàn）、耐拉伸、自粘附性能的（de）新型水凝膠材料。研究成果以（yǐ）“Transparent, Adhesive, and Conductive Hydrogel for Soft Bioelectronics Based on Light-Transmitting Polydopamine-Doped Polypyrrole Nanofibrils”為題，作（zuò）為封麵文章發表於2018年8月（yuè）28日出版的 Chemistry of Materials 上，並被頭條推薦。韓（hán）璐博士和閆力維博（bó）士（shì）生為文章共同作者。魯雄教授為通（tōng）訊作者。

基於聚多（duō）巴胺雜化的導電高分子納米纖維，具有良（liáng）好的親水性，能夠與（yǔ）親水（shuǐ）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（yōu）良的導電（diàn）性能(12 S/m)。該納（nà）米（mǐ）纖維網絡，允許可見光穿透，使得該水（shuǐ）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（jù）有超高的（de）拉伸形變能力(2000%)以及斷裂能(3000 J/m2)。此外，由於聚多巴胺-聚吡咯良好的（de）紫外光（guāng）吸收能力（lì），使得導電水（shuǐ）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後，老鼠（shǔ）的背部皮膚組織依然能保持無損。更重要的是，由於巧妙地引（yǐn）入了聚多巴胺的酚羥（qiǎng）基功能團（tuán），導電水凝膠表（biǎo）現良好的組織粘附性。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（rén）體（tǐ）皮膚表麵，作為導電電極測量（liàng）人體生理信號、記錄肢體運動（dòng）信（xìn）號，同時讓醫務人員方便（biàn）的透過水凝膠觀測（cè）皮膚表麵（miàn）。

圖1. 透明、導電、耐拉伸、自粘附性（xìng）能的新型（xíng）導電水凝膠材料的設計。

這種原位形成透明導電（diàn）納米網絡的策略為今後（hòu）製備疏水性導（dǎo）電高（gāo）分子複合水凝膠提供了新途徑；為研發具（jù）有電學性能（néng）以及透明性能、組織粘附性能的導電（diàn）高分子基（jī）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（tòu）明、可拉伸電子設備領（lǐng）域、電子皮膚，可穿（chuān）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（jì）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（hé）中國博士後基金等項目（mù）的資助。

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