香港城市大学王钻开教授团队《ACS Nano》：贻贝启发的透明、自粘附和热响应离子皮肤

近年来，智能仿生材料一直是科研界炙手可热的研究课题，尤其是对皮肤功能的仿制，发展非常迅速。为了模仿皮肤的感知功能，研究人员利用导电弹性材料开发出各类电子/离子型仿生皮肤，能够快速对外界刺激产生响应电信号，并将其运用于人工智能、人机交互和个人医疗保健等领域中。在众多候选者中，贻贝启发的导电水凝胶以其良好的生物相容性、柔韧性以及独特的粘附性等特点在开发下一代自粘，柔性离子皮肤材料中脱颖而出。目前，这类贻贝启发的水凝胶，例如聚多巴胺基导电胶，在实际应用上仍面临着一些挑战。首先，由于聚多巴胺或掺入的导电纳米填料本身为黑色，水凝胶的光学透明性往往极差，透光度一般小于60%甚至为0%。其次，水凝胶内的儿茶酚含量较低（低于单体的2％），这是因为高含量的儿茶酚能淬灭自由基，抑制水凝胶网络的形成。此外，该类水凝胶只具有压力或应变传感能力，无法实现类皮肤的温度感知能力。

为了解决这些难题，香港城市大学王钻开教授团队报道了一种多巴胺触发的凝胶化（DTG）策略，并成功构建了一种高透明、自粘附和热响应的导电水凝胶。DTG策略的设计利用了多巴胺的双重功能：一方面充当引发剂引发单体聚合形成聚合物骨架，另一方面可以作为非共价交联剂，利用分子间作用力动态调节水凝胶的交联网络。相比传统的贻贝水凝胶，DTG水凝胶的多巴胺含量高达50%，并可以维持70%的透光性。此外，DTG水凝胶还具有优秀的粘附性、弹性、自愈能力、可注射性和热响应能力。这些优异的性能使DTG水凝胶能够作为针对压力、应变和温度等多重响应的自粘，柔性类皮肤传感器，甚至具有温度刺激可视化的能力，实现信息交互。相关成果以“Dopamine-Triggered Hydrogels with High Transparency, Self-Adhesion, and Thermoresponse as Skinlike Sensors”为题，发表于ACS Nano。该论文的第一作者是香港城市大学博士后研究员张超博士，通讯作者是香港城市大学王钻开教授。

图1. DTG策略的设计和优点。（A）DTG水凝胶的合成和应用示意图。（B）K2S2O8和DTG引发的水凝胶的性能比较。

图2. DTG水凝胶光学性能的表征。（A和B）DTG水凝胶的紫外可见吸收光谱和透射光谱与多巴胺浓度的关系。（C）DTG水凝胶和贻贝启发的水凝胶关于儿茶酚含量和光学透明性的比较。（D）DTG水凝胶的透明稳定性。

图5.热响应性DTG导电水凝胶用于视觉温度传感器。（A）DTG水凝胶的紫外可见透射光谱与温度的关系。（B）在25℃和5℃下，DTG和K2S2O8引发的水凝胶在650 nm处的透射率。（C）DTG水凝胶的电阻随温度的变化。（D）DTG水凝胶视觉温度传感器的示意图。（E）在25ºC和5ºC下，DTG水凝胶温度传感器的光学图像。（F和G）DTG水凝胶温度传感器实时监测电阻信号。（H）DTG水凝胶传感器与先前水凝胶传感器之间的性能比较。

来源：高分子科学前沿

声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！