近年来，柔性导电凝胶在人体生命体征（例如呼吸频率、心率和体、葡萄糖、乳酸和血氧指数等）持续监测、仿生皮肤和人机交互等领域受到了广泛的关注。尽管导电凝胶目前得到了广泛的研究，但其在复杂水环境下的耐久度仍然面临巨大挑战。其原因在于导电凝胶在水中的不良膨胀以及其中电解质在水中的扩散造成的力学性能和电学性能衰减。这也极大地限制了其在水环境中实现进一步的应用。因此，设计具有优异水下稳定力学性能、电性能的导电凝胶对水下柔性器件的开发至关重要。
基于此，江南大学的陈明清和施冬健研究团队采用多层级动态相互作用方法开发出具有优异水下稳定力学性能及电学性能的强环境适应性导电凝胶（HEG），以用于开发可穿戴应变传感器以及心电图监测电极。（图1）该导电凝胶由丙烯酸六氟丁酯（HFBA）、丙烯酸异冰片酯（IBOA）以及疏水低共熔溶剂（DES）制备所得。其中研究人员首先制备出由四丁基四氟硼酸铵(N4444BF4)与三氟乙酰胺(TFA)组成的新型含氟疏水低共熔溶剂(DES)，随后所制得共晶凝胶展现出高透明度（>93%）、高拉伸性（1780%），强水下自粘性（500 kPa）、不同环境强稳定性（空气30-90 RH%和10-50oC，水下 pH 1-14、0.1M NaCl）、高传感灵敏度和优异的生物相容性（>95%）。共晶凝胶可进一步集成到应变传感或心电图传感系统中，有望作为一种高效耐用的可穿戴心电设备，用于实时监测水下运动员的身体状态。
图1 HEG的制备及水下运动、心电图应用
图2 HEG的力学性能及其中相互作用力
研究人员通过调整单体HFBA与IBOA间比例以及电解质含量，能够实现共晶凝胶力学性能的可控调节。此外，研究人员使用温度微扰二维红外光谱，核磁共振谱（19F NMR）等探明了HEG中存在的相互作用力，发现其中存在大量的偶极-离子相互作用力以及氢键相互作用力。（图2）
图3 HEG的环境耐受性以及水下粘附性能
如图3所示，通过选用疏水聚合物网络与疏水电解质的组合，HEG凝胶在不同pH值溶液以及盐溶液中展现出优异的稳定性。除此以外，凝胶表面丰富的官能团，不仅为HEG凝胶提供破除基材表面水合层的能力，而且赋予其强且稳定的水下粘附性能。
图4 HEG用于运动传感器监测不同关节运动
图5 水下ECG及运动监测
该研究工作最近以“Stretchable and hydrophobic eutectogel for underwater human health monitoring based on hierarchical dynamic interactions”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上。文章第一作者是江南大学化学与材料工程学院博士研究生杜德焰，通讯作者为江南大学化学与材料工程学院陈明清教授和施冬健教授。该工作得到国家自然科学基金和江苏省自然科学等项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145704
图文转载自【中国聚合物网】:http://www.polymer.cn/