聚离子液体用于制备传感器用凝胶的研发

2025-02-17 13:57:15 sh默尼 7

随着科技的创新,导电水凝胶在人工皮肤、柔性可穿戴电子设备、智能机器人等领域引起了广泛关注。目前,水凝胶合成工艺中常使用聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酰胺(PAM)等传统聚合物以赋予水凝胶良好的机械性能。然而,使用这些传统聚合物所带来的环境危害问题又需要耗费大量资金去解决。对此,一些研究选择使用含量丰富、生物相容性高且可持续的纤维素来替代传统聚合物,成功制备了绿色水凝胶软材料。然而,纤维素固有的刚性和晶体结构限制了这类材料的拉伸性和强度,极大地阻碍了它们的实际应用。


研究表明,电子/离子导电纤维素水凝胶(ICCHs)既解决了纤维素掺入对水凝胶力学性能的损害,又赋予了这类材料适用于柔性传感器的优异导电性。此外,ICCHs与皮肤、肌肉和心脏等人体组织的良好生物相容性使得它们在先进生物界面材料领域具有应用前景。然而,理想的ICCHs应是集优异的自愈合性能、抗冻性和长期稳定性等于一体的多功能材料。目前,材料科学领域采用“软硬”相结构来实现多功能ICCHs的构建。但在碱-尿素系统中尚难以实现这一目标。随着聚合物试剂的广泛应用,人们认识到调控聚合物试剂的单体组成、官能团结构可以在碱-尿素系统中实现多功能ICCHs的制备。聚离子液体(PILs)具有灵活的可设计性、导电性以及多功能性,是实现碱-尿素系统下高性能和多功能可穿戴传感器制备的理想材料。

基于此,来自陕西科技大学张素风钱立伟团队通过聚离子液体结构设计和“软-硬”域构建策略,实现了具有优异电导率、自愈性、抗冻性、抗菌性以及长期稳定的聚离子液体功能化ICCHs的制备,考察了这类材料在柔性传感领域的应用前景。研究提出的聚离子液体大分子功能化策略对于琼脂糖和海藻酸盐等可再生多糖也适用,能够满足多种生物基柔性电子材料的制备。此外,研究者考察了由该策略制备的Cell-P(A8-co-P2)10%水凝胶在生物传感方面的应用。由于电阻随温度等环境因素的改变而变化,该传感器可对人体运动、温度和环境湿度进行准确监测,展现了其在可穿戴传感领域的应用潜力。


原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/sus2.249

原文作者:

Xue Yao, Sufeng Zhang, Ning Wei, Liwei Qian, Hao Ding, Jingtao Liu, Wenqi Song, and Sergiu Coseri

DOI: 10.1002/sus2.249


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