Nano-Macro letters: 一種用于制備導電粘附水凝膠的通用策略

背景：

具有生物相容性和導電性的導電水凝膠在生物電子學領域中起著重要的作用，并且也是近年來的研究熱點。常用的制備導電水凝膠的方法是將導電納米材料，如石墨烯、碳納米管或者金屬納米顆粒填充到水凝膠基質中。特別的，導電聚合物（CPs），如聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPy）和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）等由于具有良好的導電性，是制備導電水凝膠常用的導電填料。CPs通常由于水分散性較差的原因限制了它們在導電水凝膠中的應用。目前，增加導電聚合物水分散性的常規方法是將其與親水性分子結合，例如PEDOT通常用親水性聚合物聚苯乙烯磺酸鹽（PSS）摻雜，同時也能夠提高PEDOT的導電性。然而，PEDOT:PSS中由于PSS的高含量通常導致酸性生理環境而容易引起炎癥，這限制了PSS摻雜的PEDOT在臨床醫學中的長期使用。除此之外，導電聚合物本身的生物相容性也較差，因此其作為導電水凝膠的填料在生物醫學中應用仍然存在一些急需解決的科學問題。

成果簡介：

針對這一問題，西南交通大學魯雄教授團隊基于仿貽貝粘附化學，開發了一種可用于制備一系列具有導電性、氧化還原活性和親水性的新型導電聚合物/磺化木質素復合納米顆粒（CP/LS NPs）的通用策略，并利用該納米顆粒制備了兼具導電性、粘附性的超強水凝膠。通過對木質素磺化處理，使得木質素能夠更好的摻雜導電高分子，同時LS上酚羥基和磺酸基等活性基團的存在，納米顆粒可以均勻地分散在水凝膠體系中并形成連接良好的導電通路，從而賦予水凝膠良好的導電性。另一方面，由于木質素上的兒茶酚/醌基之間可以通過氧化還原進行轉換，導電聚合物的引入能夠促進氧化還原過程的電子轉移，因此這種CP/LS NPs能夠形成自氧化還原體系。重要的是，由于納米顆粒中所構建的動態氧化還原平衡，使水凝膠中保持足夠多的兒茶酚基團，因此納米顆粒摻雜的水凝膠具有持久和可重復的粘附性能。

該研究成果以“Mussel-Inspired Redox-Active and Hydrophilic Conductive Polymer Nanoparticles for Adhesive Hydrogel Bioelectronics”為題在線發表于《Nano-Micro Letters》（IF=12.264）。論文第一作者為博士研究生甘東林和碩士研究生帥濤，論文的通訊作者為魯雄教授和謝超鳴副教授。該研究得到了國家重點研發計劃，國家自然科學基金等項目支持。

本文由作者團隊供稿。