聚硅氧烷基高粘附可修复生物电极制备及性能研究

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传统刚性电极,比如金属电极或者硅电极在植入组织工作时,由于其模量与人体组织相差巨大,不可避免的造成软组织损伤,导致植入式电极周围产生炎症,不利于电极在体内长期稳定的工作。因此,开发与人体组织模量相匹配的柔性聚合物电极便十分重要。有机硅兼具了有机材料与无机材料的性能特点,如具有表面张力低、低毒、优异的化学稳定性、耐高低温、电气绝缘、耐候性、耐腐蚀、生理惰性等诸多优点,是作为聚合物电极首选的基体材料。本论文制备了一种自修复有机硅材料作为金薄膜电极的基体材质,以氨基封端的聚二甲基硅氧烷和氨基封端的聚乙烯基甲基硅氧烷为主链结构,与异佛尔酮二异氰酸酯在无水四氢呋喃中反应,蒸发溶剂得到含有双键结构的有机硅自修复弹性体。再利用点击化学反应,在弹性体表面进行接枝半胱氨酸。对弹性体进行相关性能表征,测试结果表明所制备的弹性体具有良好的机械性能,自修复性能以及与人体组织相近的模量。在50 mm/min的拉伸速度下弹性体的断裂伸长率可达700%,拉伸强度可达1.2 MPa,在室温修复12 h后自修复效率可达90%以上。且在弹性体表面细胞培养测试结果表明,所制备的基体具有良好的生物相容性,有利于弹性体在生物体内长期稳定的工作。在上述所制备的弹性体利用模板真空蒸镀上一层金纳米粒子,制备成聚合物电极。相较于传统的金属电极与硅电极,聚合物电极拥有优良的可拉伸性能,在拉伸至180%时依旧具有导电能力,在室温修复12 h后,电极在拉伸至60%时依旧具有导电能力。并且金层在弹性体表面具有良好的黏附性能,可以实现信号采集而不会轻易磨损。所制备的柔性电极在乙醇等有机溶剂中可实现快速溶解,完成电极材料的回收与再应用,但在体内环境中具有良好的稳定性。对制备的金薄膜电极进行生理活动监测,结果显示能够成功监测肌电信号与心电信号,在柔性穿戴与生物电极方面有着良好的应用场景。
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