近日，北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院劉楠教授團隊開發(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)測表皮電生理信號。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)性會對陽離子產(chǎn)生強大的靜電力。源自PU基質(zhì)中OHD段對[EMIM]+離子的緊密拖曳導(dǎo)致了強的氟-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)確測量各種細(xì)微的電生理信號，進而應(yīng)用于可穿戴醫(yī)療保健，進行全天表皮生物電位監(jiān)測。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。該研究得到了國家納米中心朱嘉教授理論計算方面的支持、美國南密西西比大學(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 驗證 PUF-IL 中的氟-陽離子相互作用
圖3 機械性能的表征
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中的性能
圖6 使用帶有PUF-IL電極的智能腕帶進行全天表皮生物電勢檢測
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202206424
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