生物電子學(xué)在人體運動監(jiān)測、個人健康監(jiān)護和醫(yī)療診斷領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)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，開發(fā)更兼容、更有效和更穩(wěn)定的生物電子接口一直是生物傳感領(lǐng)域的難題之一。離子導(dǎo)電水凝膠因其柔軟濕潤的三維結(jié)構(gòu)、與組織相似的機械特性、與人體一致的導(dǎo)電機制和優(yōu)異的刺激響應(yīng)性在生物電子學(xué)領(lǐng)域扮演了重要角色。然而，開發(fā)出集優(yōu)異的機械性能、導(dǎo)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(zhàn)，也是目前制約該領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸問題。

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進診療材料與技術(shù)實驗室生物醫(yī)用高分子材料團隊周揚副研究員等成功制備了一種具有優(yōu)異綜合性能的離子導(dǎo)電水凝膠材料，該水凝膠兼具拉伸性、導(dǎo)電性、應(yīng)變響應(yīng)性、自我再生和鎖水保濕能力、自粘附性、抗菌性及生物相容性等性能，在健康監(jiān)測、穿戴式/非接觸式心電信號監(jiān)測以及感染創(chuàng)面修復(fù)等方面展現(xiàn)出重要的應(yīng)用潛力。

研究人員精心設(shè)計和合成了一種脲基-離子液體（UL）。通過化學(xué)方法將脲基引入咪唑型離子液體的側(cè)鏈，合成了UL離子液體，提高了咪唑型離子液體固有的抗菌能力，并改善了生物相容性。通過篩選水凝膠組分、對水凝膠網(wǎng)絡(luò)進行合理設(shè)計，將合成的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，加入氯化鈉作為增強導(dǎo)電的介質(zhì)，通過光引發(fā)使單體原位共聚制備得到了ULAS水凝膠。與傳統(tǒng)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，包括拉伸強度（340 kPa）、斷裂伸長率（1075%）、韌性和抗疲勞性。UL顯著提高了水凝膠的離子導(dǎo)電性，同時水凝膠具有優(yōu)異的應(yīng)變響應(yīng)能力，GF值可達(dá)3.45。ULAS水凝膠具有自修復(fù)、保水、自我再生和自粘附等優(yōu)異的綜合性能。將ULAS水凝膠組裝成高度靈敏的應(yīng)變傳感器，為監(jiān)測不同尺度的生理、運動信號提供了可行策略；將ULAS水凝膠應(yīng)用于心電監(jiān)測系統(tǒng)，有效提高了穿戴式和非接觸式心電監(jiān)測的靈敏度和舒適度，特別是將非接觸式心電監(jiān)測系統(tǒng)用于需長期靜臥病人的心電監(jiān)護時，可監(jiān)測到準(zhǔn)確的心電信號，而且不會造成床單、衣物和皮膚的潤濕，大大降低了長期臥床病人患褥瘡的風(fēng)險。此外，與帶有C4脂肪鏈的傳統(tǒng)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，表現(xiàn)出廣譜抗菌功效，特別是對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(dǎo)電性使它們成為電刺激（ES）療法電極貼片的理想選擇，能有效加速感染創(chuàng)面的愈合。

該工作以“Ureido-Ionic Liquid Mediated Conductive Hydrogel: Superior Integrated Properties for Advanced Biosensing Applications”為題，發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Advanced Science上（Adv. Sci. 2024, 2401869，DOI: 10.1002/advs.202401869）。溫州醫(yī)科大學(xué)與寧波材料所合培碩士生紀(jì)睿穎為第一作者，周揚副研究員為通訊作者。該研究得到了寧波市科技創(chuàng)新2025重大項目（2020Z091）、國家自然科學(xué)基金（22007090）、深圳市高新區(qū)發(fā)展特別計劃坪山區(qū)創(chuàng)新平臺建設(shè)項目（29853MKCJ202300208）、寧波市自然科學(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(yīng)用

（先進診療材料與技術(shù)實驗室）

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