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。 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 水凝膠網絡被電化學聚合成現有的 PAA 水凝膠網絡。

互穿水凝膠可以很容易地制備并集成到表皮柔性電子設備中，用于實時、在體檢測人體汗液中的各種離子。互穿的 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。(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 的傳感器讀數的實時數據圖表。

總結

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構，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)，以及體內神經信號記錄和刺激 。