Advanced Functional Materials:受生物启发的可拉伸粘附性导电结构色薄膜,用于可视化的柔性电子

柔性电子设备近年来在健康检测、感知皮肤和可植入设备等应用中扮演着不可忽视的作用,引起了人们极大的研究兴趣。由于良好的生物相容性、柔韧性和类似人体组织的机械性能,水凝胶是开发柔性电子设备的重要材料。水凝胶材料的导电性能可以通过将导电填料(碳纳米管、石墨烯、金属纳米线、导电聚合物等)掺杂进水凝胶中获得。此外,为了促进皮肤与柔性电子设备之间的相互作用,一个有效的方法是添加天然的或合成的粘合剂赋予导电水凝胶粘附性能。但是,水凝胶材料脆弱和易碎的本质使其在保持良好的稳定性方面仍面临着严峻的挑战。另外,大多数的柔性电子设备是单个电信号的输入或输出,如何在复杂的生物环境中获得可靠的信号仍是亟需解决的问题。

近日,南京鼓楼医院赵远锦课题组在柔性电子设备领域取得最新研究成果。课题组成员受贻贝的粘附特性和变色龙皮肤颜色变化原理的启发,开发了一种具有可拉伸性、粘附性的导电结构色薄膜,并将其用于可视化的柔性电子。相关结果发表在Advanced Functional Materials(DOI:10.1002/adfm.202000151)上。

在本课题中,研究人员将粘附性的聚多巴胺-碳纳米管导电填料填充到具有三维反蛋白石支架结构的弹性聚氨酯水凝胶中,开发了一种可拉伸的粘附性导电结构色薄膜。由于聚氨酯优异的柔韧性和反蛋白石的结构,制备的薄膜具有稳定的可拉伸性和明亮的结构色。另外,聚多巴胺的加入赋予了薄膜良好的组织粘附力和自修复性能。同时,碳纳米管的掺杂为薄膜的导电性发挥了作用。因此,得益于薄膜独特的结构和多功能性,在拉伸的过程中,薄膜可以实现交互的颜色变化和电信号变化的性质。利用这一性质,制备的可拉伸的粘附性导电结构色薄膜可以通过实时颜色检测和电信号监控,用作双信号人体运动传感器。