武培怡教授团队《Adv. Funct. Mater.》：具有可定制力学性能的耐水离子凝胶电极用于水下生理信号监测

点击上方“蓝字” 一键订阅

生物体内肌肉运动和神经活动所产生微弱的电流被称为生物电流。对生物电流的实时监测在健康评估和运动管理中得到了广泛应用。例如，心电图（ECG）可以记录每个心跳周期产生的电信号，从而提醒人们在心脏病发作前采取预防措施。随着人类对海洋的不断探索，海洋与人类的关系越来越密切，心脏病已经成为潜水员和其他水下工作者的重要死因。近年来，尽管基于不同材料的柔性电极已经被开发出来，并用于记录人体运动时的心电信号，但是它们的应用环境通常仅限于空气中。将柔性电极的应用环境拓展到水下仍具有挑战性，主要是因为柔性电极在水下会失去其功能。例如，为了获得稳定、可靠的电信号，柔性电极必须能牢固地粘附在人体皮肤表面。然而，对于柔性电极来说，实现强大的水下粘附仍然是一个挑战，这是因为在水下水分子会在粘附剂和基材表面形成一层水合层，大大降低了粘附强度。尽管近年来已经开发了一些基于有机凝胶的水下电子器件，但由于亲水基团的存在，它们在水环境中存在溶胀、有机溶剂泄漏等问题。

武培怡教授课题组于振川博士利用疏水性聚合物将凝胶的应用范围拓展到水下环境中(Adv. Mater. 2021, 2008479, Mater. Horiz., 2021,8, 2057-2064)。近日，于振川博士通过在特定离子液体中聚合离子液体单体的方式，设计了一种高性能的离子凝胶，并将其用于水下心电信号的检测。与之前的工作相比，该离子凝胶透明性优异，且具有更加广泛可调的力学性能，杨氏模量可以从0.22 MPa调节到337 MPa，断裂应变可以从349%调节到>10000%。离子凝胶内部疏水性聚合物骨架赋予了其在水环境中优异的稳定性，并且能够在水下表现出良好的自修复性，以及对生物组织的粘附性。在水下环境中，离子电极能够与皮肤紧密结合，并且离子凝胶内部游离的离子基团赋予了其离子导电性，使离子凝胶能够检测和传递生理电信号。同时该离子凝胶表现出良好的生物相容性，在2天内没有观察到对皮肤的刺激。相比于商业凝胶电极，该离子凝胶电极可用于在水中收集稳定可靠的心电信号。需要强调的是，使用离子凝胶电极在水下测到的心电信号强度与在空气中测到的几乎一样， 可以用与游泳运动员（或潜水员）的实时心电信号跟踪和比较。

图1. 离子凝胶的力学性能、导电性和自修复性能。

图2. 离子凝胶的粘附性能和生物相容性。

图3. 离子凝胶的传感性能。

图4. 离子凝胶的水下心电监测能力。

以上研究成果近期以“Water-Resistant Ionogel Electrode with Tailorable Mechanical Properties for Aquatic Ambulatory Physiological Signal Monitoring”为题，发表在《Advanced Functional Materials》（DOI: 10.1002/adfm.202107226）上。于振川博士为文章第一作者，通讯作者为东华大学武培怡教授。该课题得到了国家自然科学基金重点项目(51973035, 51733003)等项目的资助与支持。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202107226

相关进展

东华大学武培怡教授/孙胜童研究员团队AFM：可自由涂覆的自适应离子凝胶油墨

武培怡教授课题组：小口香糖大变身，在家里也能制备智能传感器

东华大学武培怡教授课题组：多层级网络增强的水玻璃实现宽谱带光管理

东华大学武培怡教授课题组《Adv. Funct. Mater.》：具有诊疗功能的仿生离子皮肤

武培怡教授团队《NML》：3D打印MOF材料，“泡一泡”实现可调色发光

东华大学武培怡教授团队：水溶液自组装制备功能性超薄二维纳米材料

东华大学武培怡教授课题组：双聚合物协同机制构筑界面稳定的MOF纳米片温敏纳滤膜

武培怡教授团队《Adv. Sci.》：同步纳流体整流技术制备手性反转的GO液晶纤维

武培怡教授课题组：低频拉曼光谱解析温敏聚电解质复合物的离子相互作用类型

东华大学武培怡教授团队：自褶皱温敏水凝胶-弹性体复合管用于血管仿生流体压力传感与控制

武培怡教授团队：多重响应的纳米纤维素液晶纤维用于手性光学和先进织物

东华大学武培怡教授团队《AFM》：基于超高无机含量矿物塑性水凝胶制备可手动编辑任意形状的仿生结构复合材料

武培怡教授课题组：一种简单、高效制备聚合物纳米管的新方法

东华大学武培怡教授《Nat.Commun.》：大形变下离子传导率稳定的弹性体设计

复旦大学武培怡教授和上海大学安泽胜教授《Nature Communications》：聚合诱导自组装领域（PISA）取得重要进展

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[e-mail]

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[e-mail]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。

点

这里“阅读原文”，查看更多