摘要

導電水凝膠是人造皮膚和肌肉、柔性和可植入生物電子學以及組織工程的有前途的候選材料。 然而，在不影響其理化性質(zhì)的情況下配制具有高電導率的水凝膠仍然是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。 最近 ， 南洋理工大學 俞璟助理教授 報告了一種具有高導電性和良好拉伸性的互穿聚(丙烯酸)-聚(3,4-亞乙基二氧噻吩)(PAA-PEDOT)水凝膠。第二個 PEDOT 水凝膠網(wǎng)絡(luò)被電化學聚合成現(xiàn)有的 PAA 水凝膠網(wǎng)絡(luò)。

互穿水凝膠可以很容易地制備并集成到表皮柔性電子設(shè)備中，用于實時、在體檢測人體汗液中的各種離子?；ゴ┑?PAA-PEDOT 導電水凝膠有可能成為 用于個性化醫(yī)療的各種柔性電子設(shè)備的重要建筑材料。

主圖

圖 1 互穿PAA-PEDOT水凝膠的制備過程示意圖。

圖 2 互穿 PAA-PEDOT 水凝膠的制備過程。 ITO 玻璃上的 PAA 水凝膠 (a) 和 PAA-PEDOT 水凝膠 (b) 的圖像。(a) 和 (b) 的插圖分別是 PAA 和 PAA-PEDOT 水凝膠的接觸角圖像。(c) PAA-PEDOT 水凝膠截面的 SEM 圖像。(d) 不同電子沉積時間下PAA-PEDOT水凝膠的電流-電壓曲線。(e) PAA-PEDOT 水凝膠在不同掃描速率下的循環(huán)伏安法 (CV) 測量。

圖 3 皺巴巴的 PAA-PEDOT 水凝膠的制備過程。 (a) 皺巴巴的 PAA-PEDOT 水凝膠的制備過程示意圖。(b) 皺巴巴的 rGO/Pt 模板的 SEM 圖像。在(c)正常、(d)單軸拉伸和(e)雙軸拉伸條件下皺褶的 PAA-PEDOT 水凝膠的 SEM 圖像。( f )扁平PAA-PEDOT水凝膠和皺巴巴的PAA-PEDOT水凝膠的典型應力-應變曲線。(g) 皺縮的 PAA-PEDOT 水凝膠的電阻變化 (ΔR/R 0 ) 作為拉伸應變和雙軸水凝膠溶脹的函數(shù)。(b-e)中的比例尺為 100 μm。

圖 4 基于 PAA-PEDOT 水凝膠的 Na + 和 K + 傳感器。 (a 和 b)鈉(a)和鉀(b)傳感器在不同濃度的 NaCl 和 KCl 溶液中的開路電位響應。(a) 和 (b) 中的插圖是離子傳感器的相應校準圖。(c) Na + 傳感器在不同離子溶液中的選擇性性能。

圖 5 跑步運動期間的實時排汗分析。 (a) 在跑步運動中佩戴汗液傳感器的人的照片。(b 和 c) 跑步運動期間人體汗液樣本中 Na + (b)和 K + (c) 濃度與基于 PAA-PEDOT 的傳感器讀數(shù)的實時數(shù)據(jù)圖表。

總結(jié)

團隊開發(fā)了一種具有良好導電性的柔性和可拉伸互穿 PAA-PEDOT 水凝膠。通過加入額外的表面微結(jié)構(gòu)，互穿的 PAA-PEDOT 水凝膠可以承受 30% 的外部拉伸，而不會影響其導電性。利用這些優(yōu)點，開發(fā)的PAA-PEDOT水凝膠可用于制造基于水凝膠的電化學傳感器，可用作表皮汗液傳感器的離子傳感器，如Na + 和K + 。 互穿PAA-PEDOT導電水凝膠可作為用于個性化醫(yī)療的柔性電子設(shè)備的重要電極材料，包括監(jiān)測人體汗液中重要的化學生物標志物，如離子、葡萄糖和乳酸，測量各種電生理信號(腦電圖、心電圖、 和 EMG)，以及體內(nèi)神經(jīng)信號記錄和刺激 。