《先進功能材料》抗凍耐熱導電自粘附水凝膠

導電水凝膠在生物醫學工程中具有巨大的潛力，可用於人體的相關生物電子裝置，如可穿戴式電子裝置，人工智慧觸覺感測器，健康監測電極等方面。然而現有水凝膠的限制是缺少長期穩定性，應用期間水分子無法被穩定地固定在聚合物網路中，使得水凝膠脫水變幹。同時，水凝膠缺少抗凍耐熱性。高溫會使水凝膠乾燥，而低溫時水凝膠會被凍住。設計具有長期穩定性、抗凍性和耐熱性的水凝膠，使其在不同溫度下維持良好的效能是一個挑戰。

西南交通大學魯雄教授團隊

以丙三醇-水二元混合溶劑替代傳統水凝膠中的單一水溶劑，並受貽貝粘附啟發，採用聚多巴胺對碳奈米管進行表面修飾，將其複合進水凝膠網路，製備了抗凍、耐熱、導電、超強、自粘附水凝膠。有別於傳統的水凝膠，該醇/水混合凝膠網路中的丙三醇與水之間強大的氫鍵作用使水分子牢固地錨定在聚合物網路中，使得該醇/水混合凝膠具有抗凍、耐熱性以及長期穩定性。

研究者還展示出該水凝膠作為柔性自粘附電極可在低溫（-20°C）、高溫環境（60°C）中用於生物訊號的檢測，以及能夠在常溫環境中維持長時間工作（大於一個月）。動物燒傷、凍傷模型證明該水凝膠在傷口敷料領域具有良好的防凍和耐熱能力，其在極端條件如極地探險、登山、滑雪等領域有廣闊應用前景。本研究製備抗凍/耐熱水凝膠的策略可以推廣到其他功能水凝膠，製備防凍和耐熱多用途水凝膠。

▲ 圖為抗凍、耐熱、導電、超強、自粘附水凝膠的設計思路及其應用。

（a）在水相中，聚多巴胺修飾碳奈米管；（b）在水相中將丙烯醯胺、丙烯酸單體紫外光照聚合形成的水凝膠；（c）加入一定體積比的甘油，兩種單體在甘油-水混合溶液中紫外光照聚合，形成醇/水凝膠；（d）在醇/水凝膠中，甘油分子與水分子形成的氫鍵相互作用；（e）形成的醇/水凝膠具有抗凍、耐熱、導電效能；（f）在-20 °C 條件下冷卻一天，醇/水凝膠凝膠仍可穩定地監測心電訊號；紅色虛線中為 ECG 訊號的放大圖，心電波形顯示了 P、QRS、T 波。（g）在 SD 大鼠背部面板構建凍傷和燙傷模型，證明醇/水凝膠凝膠的抗凍、耐熱效能。

相關成果以“Mussel-inspiredadhesive and conductive hydrogel with long-lasting moisture and extremetemperature tolerance”為題發表在2017年11月28日出版的材料領域著名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials，影響因子：12。24）上。

該論文作者為：Lu Han#，Kezhi Liu#， Menghao Wang， Xiong Lu， Kefeng Wang， Liming Fang，Haiting Chen （#共同第一作者）。

該研究得到了國家重點研發計劃、863、國家自然科學基金等專案支援

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