Nano-Macro letters: 一种用于制备导电粘附水凝胶的通用策略

背景：

具有生物相容性和导电性的导电水凝胶在生物电子学领域中起着重要的作用，并且也是近年来的研究热点。常用的制备导电水凝胶的方法是将导电纳米材料，如石墨烯、碳纳米管或者金属纳米颗粒填充到水凝胶基质中。特别的，导电聚合物（CPs），如聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPy）和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）等由于具有良好的导电性，是制备导电水凝胶常用的导电填料。CPs通常由于水分散性较差的原因限制了它们在导电水凝胶中的应用。目前，增加导电聚合物水分散性的常规方法是将其与亲水性分子结合，例如PEDOT通常用亲水性聚合物聚苯乙烯磺酸盐（PSS）掺杂，同时也能够提高PEDOT的导电性。然而，PEDOT:PSS中由于PSS的高含量通常导致酸性生理环境而容易引起炎症，这限制了PSS掺杂的PEDOT在临床医学中的长期使用。除此之外，导电聚合物本身的生物相容性也较差，因此其作为导电水凝胶的填料在生物医学中应用仍然存在一些急需解决的科学问题。

成果简介：

针对这一问题，西南交通大学鲁雄教授团队基于仿贻贝粘附化学，开发了一种可用于制备一系列具有导电性、氧化还原活性和亲水性的新型导电聚合物/磺化木质素复合纳米颗粒（CP/LS NPs）的通用策略，并利用该纳米颗粒制备了兼具导电性、粘附性的超强水凝胶。通过对木质素磺化处理，使得木质素能够更好的掺杂导电高分子，同时LS上酚羟基和磺酸基等活性基团的存在，纳米颗粒可以均匀地分散在水凝胶体系中并形成连接良好的导电通路，从而赋予水凝胶良好的导电性。另一方面，由于木质素上的儿茶酚/醌基之间可以通过氧化还原进行转换，导电聚合物的引入能够促进氧化还原过程的电子转移，因此这种CP/LS NPs能够形成自氧化还原体系。重要的是，由于纳米颗粒中所构建的动态氧化还原平衡，使水凝胶中保持足够多的儿茶酚基团，因此纳米颗粒掺杂的水凝胶具有持久和可重复的粘附性能。

该研究成果以“Mussel-Inspired Redox-Active and Hydrophilic Conductive Polymer Nanoparticles for Adhesive Hydrogel Bioelectronics”为题在线发表于《Nano-Micro Letters》（IF=12.264）。论文第一作者为博士研究生甘东林和硕士研究生帅涛，论文的通讯作者为鲁雄教授和谢超鸣副教授。该研究得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金等项目支持。

本文由作者团队供稿。