生物电子学广泛应用于人体运动监测、个人健康监测和医学诊断领域。然而，由于软湿生物组织与刚性电子器件的差异，开发更兼容、更有效、更稳定的生物电子接口一直是生物传感领域的难题之一。离子导电水凝胶因其柔软湿润的三维结构、类似组织的机械特性、与人体一致的导电机制和优异的刺激响应性而在生物电子领域发挥着重要作用。然而，开发具有优异机械性能、导电性、保水性、自粘性和抗菌性的水凝胶材料仍存在巨大挑战，这也是制约该领域发展的瓶颈。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进诊疗材料与技术实验室生物医学聚合物材料团队周扬副研究员成功制备了一种综合性能优异的离子导电水凝胶材料。水凝胶具有拉伸性、导电性、应变响应性、自再生和锁水保湿性、自粘性、抗菌性和生物相容性，它在健康监测、可穿戴/非接触式心电信号监测和感染伤口修复方面具有重要的应用潜力。
研究人员精心设计和合成了脲基离子液体(UL)。脲基通过化学方法引入咪唑离子液体的侧链，合成UL离子液体，提高咪唑离子液体固有的抗菌能力，提高生物相容性。通过筛选水凝胶成分，合理设计水凝胶网络，合成UL离子液体和甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱(SBMA)、丙烯酰胺(AM)引入水凝胶系统，加入氯化钠作为增强导电性的介质，通过光引起单体原位共聚制备得到ULAS水凝胶。与传统的咪唑离子液相比，脲基离子液显著提高了水凝胶的力学性能，包括拉伸强度(340 kPa)、断裂伸长率(1075%)、韧性和抗疲劳性。UL显著提高了水凝胶的离子导电性，同时水凝胶具有优异的应变响应能力，GF值可达3.45。ULAS水凝胶具有优异的综合性能，如自修复、保水、自再生和自粘。ULAS水凝胶组装成高度灵敏的应变传感器，为监测不同尺度的生理和运动信号提供了可行的策略；在心电监测系统中使用ULAS水凝胶，有效提高了可穿戴和非接触心电监测的灵敏度和舒适性，特别是当非接触心电监测系统用于长期卧室患者的心电监测时，可以监测准确的心电信号，不会造成床单、衣服和皮肤湿润，长期卧床患者患褥疮的风险大大降低。此外，与带有C4脂肪链的传统咪唑离子液体相比，脲基离子液体的生物相容性显著提高，增强了ULAS水凝胶的抗菌性，具有广谱抗菌作用，特别是抗甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)抗菌活性强。此外，与带有C4脂肪链的传统咪唑离子液体相比，脲基离子液体的生物相容性显著提高，增强了ULAS水凝胶的抗菌性，具有广谱抗菌作用，特别是抗甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)它具有很强的抗菌活性。ULAS水凝胶的导电性使其成为电刺激(ES)治疗电极贴片的理想选择可以有效加速感染伤口的愈合。
该工作以“Ureido-Ionic Liquid Mediated Conductive Hydrogel: Superior Integrated Properties for Advanced Biosensing Applications”为题，发表在学术期刊Advanced上 在Science上(Adv. Sci. 2024, 2401869，DOI: 10.1002/advs.202401869)。纪睿颖是温州医科大学与宁波材料研究所合培硕士生的第一作者，周扬副研究员是通讯作者。该研究获得了2025年宁波科技创新重大项目(2020Z091)、国家自然科学基金(22007090)、坪山区创新平台建设项目(29853MKCJ202300208)深圳高新区发展特别规划、支持宁波自然科学基金(2022J048)和浙江自然科学基金(LQ21E03006)。该研究获得了2025年宁波科技创新重大项目(2020Z091)、国家自然科学基金(22007090)、坪山区创新平台建设项目(29853MKCJ202300208)深圳高新区发展特别规划、支持宁波自然科学基金(2022J048)和浙江自然科学基金(LQ21E03006)。
ULAS水凝胶及其生物电子应用