生物電子學(xué)在人體運動監測、個人健康監護和醫療診斷領域具有廣泛應用，但是，由于柔軟濕潤的生物組織與剛性電子器件之間的差異，開(kāi)發(fā)更兼容、更有效和更穩定的生物電子接口一直是生物傳感領域的難題之一。離子導電水凝膠因其柔軟濕潤的三維結構、與組織相似的機械特性、與人體一緻的導電機制和優異的刺激響應性在生物電子學(xué)領域扮演了重要角色。然而，開(kāi)發(fā)出集優異的機械性能(néng)、導電性、保水性、自粘性和抗菌性等于一體的水凝膠材料仍具有很大的挑戰，也是目前制約該領域發(fā)展的瓶頸問題。

中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所先進(jìn)診療材料與技術實驗室生物醫用高分子材料團隊周揚副研究員等成(chéng)功制備了一種(zhǒng)具有優異綜合性能(néng)的離子導電水凝膠材料，該水凝膠兼具拉伸性、導電性、應變響應性、自我再生和鎖水保濕能(néng)力、自粘附性、抗菌性及生物相容性等性能(néng)，在健康監測、穿戴式/非接觸式心電信号監測以及感染創面(miàn)修複等方面(miàn)展現出重要的應用潛力。

研究人員精心設計和合成(chéng)了一種(zhǒng)脲基-離子液體（UL）。通過(guò)化學(xué)方法將(jiāng)脲基引入咪唑型離子液體的側鏈，合成(chéng)了UL離子液體，提高了咪唑型離子液體固有的抗菌能(néng)力，并改善了生物相容性。通過(guò)篩選水凝膠組分、對(duì)水凝膠網絡進(jìn)行合理設計，將(jiāng)合成(chéng)的UL離子液體與甲基丙烯酰乙基磺基甜菜堿（SBMA）、丙烯酰胺（AM）引入水凝膠體系，加入氯化鈉作爲增強導電的介質，通過(guò)光引發(fā)使單體原位共聚制備得到了ULAS水凝膠。與傳統的咪唑型離子液體相比，脲基-離子液體顯著提高了水凝膠的機械性能(néng)，包括拉伸強度（340 kPa）、斷裂伸長(cháng)率（1075%）、韌性和抗疲勞性。UL顯著提高了水凝膠的離子導電性，同時水凝膠具有優異的應變響應能(néng)力，GF值可達3.45。ULAS水凝膠具有自修複、保水、自我再生和自粘附等優異的綜合性能(néng)。將(jiāng)ULAS水凝膠組裝成(chéng)高度靈敏的應變傳感器，爲監測不同尺度的生理、運動信号提供了可行策略；將(jiāng)ULAS水凝膠應用于心電監測系統，有效提高了穿戴式和非接觸式心電監測的靈敏度和舒适度，特别是將(jiāng)非接觸式心電監測系統用于需長(cháng)期靜卧病人的心電監護時，可監測到準确的心電信号，而且不會造成(chéng)床單、衣物和皮膚的潤濕，大大降低了長(cháng)期卧床病人患褥瘡的風險。此外，與帶有C4脂肪鏈的傳統咪唑型離子液體相比，脲基-離子液體的生物相容性顯著提高，并且增強了ULAS水凝膠的抗菌性能(néng)，表現出廣譜抗菌功效，特别是對(duì)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）具有強大的抗菌活性。ULAS水凝膠的導電性使它們成(chéng)爲電刺激（ES）療法電極貼片的理想選擇，能(néng)有效加速感染創面(miàn)的愈合。

該工作以“Ureido-Ionic Liquid Mediated Conductive Hydrogel: Superior Integrated Properties for Advanced Biosensing Applications”爲題，發(fā)表在學(xué)術期刊Advanced Science上（Adv. Sci. 2024, 2401869，DOI: 10.1002/advs.202401869）。溫州醫科大學(xué)與甯波材料所合培碩士生紀睿穎爲第一作者，周揚副研究員爲通訊作者。該研究得到了甯波市科技創新2025重大項目（2020Z091）、國(guó)家自然科學(xué)基金（22007090）、深圳市高新區發(fā)展特别計劃坪山區創新平台建設項目（29853MKCJ202300208）、甯波市自然科學(xué)基金（2022J048）以及浙江省自然科學(xué)基金（LQ21E030006）的支持。

ULAS水凝膠及其生物電子學(xué)應用

（先進(jìn)診療材料與技術實驗室）