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北京師范大學(xué)劉楠教授團(tuán)隊(duì) AFM:用于生物電信號(hào)監(jiān)測(cè)的高電導(dǎo)率水下穩(wěn)定離子皮膚
2022-09-14  來源:高分子科技

  近日,北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院劉楠教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種皮膚狀、光學(xué)偽裝和高電導(dǎo)率的離子皮膚,用于全天監(jiān)測(cè)表皮電生理信號(hào)。該離子皮膚基于一種與離子液體共混的氟化聚氨酯彈性體(PUF-IL),其中將2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoro-1,6-己二醇(OHD)作為含氟鏈段引入PU骨架,并采用富氟的[EMIM]+[TFSI]-作為離子液體。氟原子的電負(fù)性會(huì)對(duì)陽離子產(chǎn)生強(qiáng)大的靜電力。源自PU基質(zhì)中OHD段對(duì)[EMIM]+離子的緊密拖曳導(dǎo)致了強(qiáng)的氟-陽離子相互作用(圖1a),從而產(chǎn)生更多的自由離子,離子電導(dǎo)率也得到提升(約10-3 S cm-1)。此外,由于這種強(qiáng)的氟-陽離子相互作用,材料中的離子在水環(huán)境下不易發(fā)生離子交換或泄漏,使得其在水中的離子電導(dǎo)率相對(duì)穩(wěn)定,甚至能承受超聲處理。因此,PUF-IL離子皮膚可以在大氣和有水環(huán)境中準(zhǔn)確測(cè)量各種細(xì)微的電生理信號(hào),進(jìn)而應(yīng)用于可穿戴醫(yī)療保健,進(jìn)行全天表皮生物電位監(jiān)測(cè)。該工作以“Highly Conductive and Underwater Stable Ionic Skin for All-Day Epidermal Biopotential Monitoring”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater. 2022, 2206424 (early view)) 上。文章第一作者是已畢業(yè)碩士生陳霆雷。該研究得到了國(guó)家納米中心朱嘉教授理論計(jì)算方面的支持、美國(guó)南密西西比大學(xué)顧曉丹教授聚合物X射線表征方面的支持。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助。

 

圖1 PUF-IL離子皮膚的示意圖

 

圖2 驗(yàn)證 PUF-IL 中的氟-陽離子相互作用

 

圖3 機(jī)械性能的表征


 圖4 電學(xué)性質(zhì)及各類性質(zhì)比較

 

圖5 PUF-IL電極在表皮電生理檢測(cè)中的性能

 

圖6 使用帶有PUF-IL電極的智能腕帶進(jìn)行全天表皮生物電勢(shì)檢測(cè)


  團(tuán)隊(duì)近兩年在二維類皮膚材料的設(shè)計(jì)、制備方面取得了一系列進(jìn)展:石墨烯/PEDOT:PSS電極的制備(Nat. Commun. 2021, 12, 4880; ACS Materials Lett. 2020, 2, 999?1007; ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 56361?56371)類皮膚彈性基底的制備(ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 1486-1494; Mater, Horiz. 2021, 8, 1047-1057)特殊應(yīng)用場(chǎng)景的可穿戴材料的制備(Adv. Mater. Technol. 2020, 5, 1900800)光電子皮膚應(yīng)用(Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2107524; Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2111529)等。團(tuán)隊(duì)歡迎具有相關(guān)背景的優(yōu)秀學(xué)生共同學(xué)習(xí)進(jìn)步,具體請(qǐng)聯(lián)系nanliu@bnu.edu.cn。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202206424

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