【摘 要】
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由于导电水凝胶兼具水凝胶基质的固有性质和导电高分子的电学性质,因此是一种很有前途的聚合物材料,并受到了研究人员的广泛关注。导电水凝胶可用于一系列技术领域当中,如电子皮肤、信号检测的生物电极和刺激响应开关等。而在实际应用中,尤其是在刺激响应开关和刺激信号监测传感器方面,其循环响应性,电导率,对刺激信号响应的灵敏度等都是十分重要的性能指标。这就要求导电水凝胶兼具优异的电学性能、灵敏的刺激响应性能和稳定
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由于导电水凝胶兼具水凝胶基质的固有性质和导电高分子的电学性质,因此是一种很有前途的聚合物材料,并受到了研究人员的广泛关注。导电水凝胶可用于一系列技术领域当中,如电子皮肤、信号检测的生物电极和刺激响应开关等。而在实际应用中,尤其是在刺激响应开关和刺激信号监测传感器方面,其循环响应性,电导率,对刺激信号响应的灵敏度等都是十分重要的性能指标。这就要求导电水凝胶兼具优异的电学性能、灵敏的刺激响应性能和稳定的循环性能等。为此,本论文从对导电纳米粒子结构和凝胶结构的设计出发,其具体内容如下:1.通过在具有热响应性的聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）水凝胶网络中,引入含量相对较低的由聚吡咯包覆的纤维素纳米晶（CNC@PPy）和聚多巴胺包覆的纤维素纳米晶（CNC@PDA）纳米颗粒,设计了一种兼具热响应和近红外光响应的导电水凝胶系统。研究表明,CNC@PDA纳米颗粒通过氢键被包裹在水凝胶基质中,这不仅可以提供优异的光热转换效率,还可以作为连接导电CNC@PPy粒子之间的桥梁,为电子迁移提供连续的传输路径,从而提高电导率。另一方面,通过两个核壳纳米棒之间的协同作用,所获得的复合水凝胶显示出高导电性（～1.1 S/m）,电自愈性以及优异的热响应和近红外光响应灵敏度（在2分钟内显著体积变化30%）。总之,这项基于CNC@PPy/CNC@PDA/PNIPAM导电水凝胶的开关可实现通过远程热或近红外光控制电路状态,在生物材料和组织再生中展现出作为远程控制开关设备的良好潜力。2.通过在PNIPAM与聚丙烯酸（PAA）共聚水凝胶基体中引入荧光物质金纳米簇（AuNCs）以及酪氨酸（Tyr）改性后的聚吡咯（PPy）,并采用一步聚合法制备了一种AuNCs/Tyr-PPy/PNIPAM/PAA纳米复合导电水凝胶。其中,经过Tyr改性的PPy在凝胶内部形成了良好的导电网络,大大提高了水凝胶的电导率和压力灵敏度。同时,由于引入PAA在PNIPAM凝胶基础上进行改性,显著提高了复合凝胶的相转变温度,使其更加接近人体的体温,从而可更准确地捕捉人体体温变化。此外,含AuNCs的凝胶可以根据荧光强度变化快速反映人体异常温度,进一步提供更为方便的温度指示方法。由此所获得的功能性水凝胶显示出优异的导电性（～1.8 S/m）,在400-1000 Pa内具有较高的压力灵敏度(～1.268 k Pa-1),并且在人体体温附近具有较高的温度灵敏度(～0.178℃-1),较快的反应速度和较高的透明度。基于AuNCs/Tyr-PPy/PAA/PNIPAM复合水凝胶可实现对人体脉搏和温度信号的监测,在生物医学工程领域有潜在的应用价值。
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