仿贻贝机理的导电、超强、自粘附的石墨烯水凝胶

水凝胶因其高含水率、良好的柔软性、适中的硬度和摩擦系数、与人体软组织类似的结构而很有潜力成为人体软组织修复材料。 但是,高强度水凝胶的主体成分多为中性高分子,不利于细胞粘附增殖。本文借鉴天然仿贻贝材料的自粘附性,并结合石墨烯纳米增强,首次成功制备了一种具有良好细胞亲和性、组织粘附性的高强度导电水凝胶。该水凝胶中的聚多巴胺组分具有与贻贝分泌的粘附蛋白类似的化学组分,从而赋予水凝胶广泛的粘附性以及细胞亲和性。另外,水凝胶中的氧化石墨烯(GO)在多巴胺形成聚多巴胺过程中被半还原形成导电石墨烯与氧化石墨烯的复合物(pGO),pGO在水凝胶中既充当导电成分,又扮演纳米增强剂的角色,因此在赋予水凝胶优良导电性的同时也提高了水凝胶的力学性能,使其具有超高的拉伸性能。

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西南交通大学鲁雄教授课题组针对水凝胶高强度与细胞亲和性难以兼具的难题,基于仿贻贝机理,研发了集合力学性能、导电性、自粘附、自修复性能和生物相容性为一体的新型石墨烯导电水凝胶。在水凝胶的应用中,本文展示了该水凝胶作为自粘附型生物电极的应用潜能。这种同时具有导电、自粘附性能的水凝胶能够方便的,快捷的粘贴在人体皮肤表面,作为导电电极测量生理信号。且与商用电极相比,本研究制备的导电水凝胶可以多次粘附,从而多次收集可靠的、稳定的信号。另外,该水凝胶还可以作为生物电子器件植入体内研究活体组织行为。

综上所述,本文将贻贝粘附的化学机理引入超强水凝胶中,为制备多功能超强水凝胶的提供了一种新思路,解决了传统水凝胶制备中组织/细胞亲和性与超强力学性能之间的矛盾,拓展了超强水凝胶在生物医学领域的应用。相关文章发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201601916)上。

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