南洋理工大学研发导电水凝胶柔性皮肤传感器

摘要

导电水凝胶是人造皮肤和肌肉、柔性和可植入生物电子学以及组织工程的有前途的候选材料。 然而，在不影响其理化性质的情况下配制具有高电导率的水凝胶仍然是一项具有挑战性的任务。 最近 ， 南洋理工大学 俞璟助理教授 报告了一种具有高导电性和良好拉伸性的互穿聚(丙烯酸)-聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(PAA-PEDOT)水凝胶。第二个 PEDOT 水凝胶网络被电化学聚合成现有的 PAA 水凝胶网络。

互穿水凝胶可以很容易地制备并集成到表皮柔性电子设备中，用于实时、在体检测人体汗液中的各种离子。互穿的 PAA-PEDOT 导电水凝胶有可能成为 用于个性化医疗的各种柔性电子设备的重要建筑材料。

主图

图 1 互穿PAA-PEDOT水凝胶的制备过程示意图。

图 2 互穿 PAA-PEDOT 水凝胶的制备过程。 ITO 玻璃上的 PAA 水凝胶 (a) 和 PAA-PEDOT 水凝胶 (b) 的图像。(a) 和 (b) 的插图分别是 PAA 和 PAA-PEDOT 水凝胶的接触角图像。(c) PAA-PEDOT 水凝胶截面的 SEM 图像。(d) 不同电子沉积时间下PAA-PEDOT水凝胶的电流-电压曲线。(e) PAA-PEDOT 水凝胶在不同扫描速率下的循环伏安法 (CV) 测量。

图 3 皱巴巴的 PAA-PEDOT 水凝胶的制备过程。 (a) 皱巴巴的 PAA-PEDOT 水凝胶的制备过程示意图。(b) 皱巴巴的 rGO/Pt 模板的 SEM 图像。在(c)正常、(d)单轴拉伸和(e)双轴拉伸条件下皱褶的 PAA-PEDOT 水凝胶的 SEM 图像。( f )扁平PAA-PEDOT水凝胶和皱巴巴的PAA-PEDOT水凝胶的典型应力-应变曲线。(g) 皱缩的 PAA-PEDOT 水凝胶的电阻变化 (ΔR/R 0 ) 作为拉伸应变和双轴水凝胶溶胀的函数。(b-e)中的比例尺为 100 μm。

图 4 基于 PAA-PEDOT 水凝胶的 Na + 和 K + 传感器。 (a 和 b)钠(a)和钾(b)传感器在不同浓度的 NaCl 和 KCl 溶液中的开路电位响应。(a) 和 (b) 中的插图是离子传感器的相应校准图。(c) Na + 传感器在不同离子溶液中的选择性性能。

图 5 跑步运动期间的实时排汗分析。 (a) 在跑步运动中佩戴汗液传感器的人的照片。(b 和 c) 跑步运动期间人体汗液样本中 Na + (b)和 K + (c) 浓度与基于 PAA-PEDOT 的传感器读数的实时数据图表。

总结

团队开发了一种具有良好导电性的柔性和可拉伸互穿 PAA-PEDOT 水凝胶。通过加入额外的表面微结构，互穿的 PAA-PEDOT 水凝胶可以承受 30% 的外部拉伸，而不会影响其导电性。利用这些优点，开发的PAA-PEDOT水凝胶可用于制造基于水凝胶的电化学传感器，可用作表皮汗液传感器的离子传感器，如Na + 和K + 。 互穿PAA-PEDOT导电水凝胶可作为用于个性化医疗的柔性电子设备的重要电极材料，包括监测人体汗液中重要的化学生物标志物，如离子、葡萄糖和乳酸，测量各种电生理信号(脑电图、心电图、 和 EMG)，以及体内神经信号记录和刺激 。