本发明专利技术目的在于制备出一种超软、高拉伸和高导电的三网络PEDOT:PSS水凝胶。其中，将导电PEDOT:PSS作为第一重网络，与共价交联形成的可拉伸的第二重网络PEGDA和纠缠驱动的柔软的第三重网络PEG相互渗透，制备出了高拉伸、高导电和低模量的三网络PEDOT:PSS水凝胶(TN)。电和低模量的三网络PEDOT:PSS水凝胶(TN)。电和低模量的三网络PEDOT:PSS水凝胶(TN)。
【技术实现步骤摘要】
一种超软的三网络PEDOT:PSS水凝胶及其制备方法和应用
[0001]本专利技术属于柔性电子领域，具体涉及一种超软的三网络PEDOT:PSS水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]随着生物电子技术的发展，人们通过使用生物传感器、药物输送装置、软体机器人和电子皮肤等提高了疾病的诊断和治疗水平。然而，传统的无机材料(如金、铂、硅等)由于其干燥和刚性的特性，可能会导致界面不稳定和发炎，因此不适合用于植入式设备或软生物电子学。而水凝胶具有柔软、可拉伸等独特性能，更适用于生物组织，有望成为新一代生物医学领域的明星材料。
[0003]导电聚合物水凝胶具有离子和电子导电性，能够高质量、长期稳定地记录生物电子信号，为软生物电子学的发展做出了重大贡献。与其他导电聚合物相比，聚(3,4
‑
亚乙基二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)具有溶液加工性好、导电率高、稳定性高、成本低、环境友好等特点，这使得导电聚合物水凝胶成为软生物电子学中不可替代的存在。但纯PEDOT:PSS的网络刚性且易碎，难以应用于人体运动下的电信号监测，从而限制可穿戴和植入式生物电子学的应用。常用的策略是向纯PEDOT:PSS水凝胶中引入多重网络，其可表现出高拉伸性，但也降低电导率和提高杨氏模量。随后，研究人员发现在PEDOT:PSS水凝胶中加入二甲基亚砜、乙二醇、山梨糖醇、苹果酸、甘油等掺杂剂，或将其在硫酸、硝酸、乙酸等溶剂中浸泡等方法可以提高电导率。
[0004]对于理想的软生物电子材料来说，应该兼具高导电、高拉伸和超软(即低杨氏模量)等性能。但材料在具备高拉伸性的同时，往往具有高杨氏模量。本专利技术目的在于制备出一种超软、高拉伸和高导电的三网络PEDOT:PSS水凝胶。
技术实现思路
[0005]本专利技术目的在于制备出一种超软、高拉伸和高导电的三网络PEDOT:PSS水凝胶。
[0006]其中，将导电PEDOT:PSS作为第一重网络，与共价交联形成的可拉伸的第二重网络PEGDA和纠缠驱动的柔软的第三重网络PEG相互渗透，制备出了高拉伸、高导电和低模量的三网络PEDOT:PSS水凝胶(TN)。
[0007]此外，我们还制备了双网络PEDOT:PSS水凝胶(DN)进行对比，其中PEDOT:PSS为第一重网络，PEGDA为第二重网络。制备出的TN水凝胶可作为软生物电子电极，实现长期稳定的高质量电信号的监测和收集。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术的目的在于提供一种三网络PEDOT:PSS水凝胶(TN)的制备方法，在该制备方法中包括双网络PEDOT:PSS水凝胶(DN)的制备，包括以下步骤：
[0010](1)将在PEDOT:PSS水溶液中依次加入一定量的聚乙二醇(二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)、二甲亚砜(DMSO)和引发剂苯基
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2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)，并在室温
下搅拌均匀，得到水凝胶前驱溶液；
[0011](2)水凝胶前驱溶液通过紫外光辐射交联以确保完全凝胶化；
[0012](3)将干燥后的水凝胶在足量乙酸(HOAc)溶液中浸泡，用去离子水洗涤，得到DN水凝胶；
[0013](4)将干燥后的DN水凝胶浸入聚乙二醇(PEG)水溶液中，然后用大量去离子水冲洗，得到TN水凝胶。
[0014]优选的，三网络PEDOT:PSS水凝胶(TN)的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)将在PEDOT:PSS水溶液中依次加入一定量的聚乙二醇(二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)、二甲亚砜(DMSO)和引发剂苯基
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2,4,6
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三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)，并在室温下搅拌均匀，得到水凝胶前驱溶液；
[0016](2)水凝胶前驱溶液通过紫外光辐射(365nm，10W)交联10min以确保完全凝胶化；
[0017](3)将干燥后的水凝胶在足量乙酸(HOAc)溶液中浸泡2h，用去离子水洗涤,得到DN水凝胶；
[0018](4)将干燥后的DN水凝胶浸入聚乙二醇(PEG)水溶液中48h，然后用大量去离子水冲洗，得到TN水凝胶。
[0019]其中，所述的PEDOT:PSS水溶液的浓度为1.0～1.3wt％，
[0020]其中，所加入PEGDA、DMSO、LAP的量分别为PEDOT:PSS水溶液重量的20～40％、5～20％、0.5～1.5％，
[0021]其中，PEG水溶液的浓度为20～40wt％，
[0022]其中，所用的PEGDA、PEG的分子量分别为700～20000Da和400～20000Da。
[0023]本专利技术的另一个目的在于提供了上述TN水凝胶作为生物电刺激电极及其制备方法。
[0024]该制备方法，包括以下步骤：
[0025]1)氢化苯乙烯
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丁二烯嵌段共聚物(SBES)基底由SEBS的甲苯溶液以500～2000r.p.m的速度，旋涂在玻璃基板上，干燥后从玻璃上揭下；
[0026]2)在SEBS基板上覆盖特定图案的金属掩模板，然后将上述步骤(1)水凝胶前驱溶液以500～2000r.p.m的速度旋涂在基底上；
[0027]3)通过紫外光辐射(365nm，10W)交联10min以确保完全凝胶化后，揭下掩模板，并在在大量去离子水中清洗掉多余溶液，得到图案化的水凝胶电极；
[0028]4)将干燥后的水凝胶电极在足量乙酸(HOAc)溶液中浸泡2h，用去离子水洗涤后干燥；
[0029]5)将再次干燥得水凝胶电极浸入聚乙二醇(PEG)水溶液中48h，然后用大量去离子水冲洗，得到TN水凝胶电极；
[0030]其中，SEBS基底是指：由氢化苯乙烯
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丁二烯嵌段共聚物(SBES)的甲苯溶液通过旋涂方式得到的柔性可拉伸基底，
[0031]其中，SEBS的甲苯溶液是指：将氢化苯乙烯
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丁二烯嵌段共聚物(SBES)原料以100～300mg/L浓度溶解于甲苯中所得到的溶液，
[0032]其中，特定图案是指由此步骤制作后想要获得的图案，
[0033]其中，所述的PEDOT:PSS水溶液的浓度为1.0～1.3wt％，
[0034]其中，所加入PEGDA、DMSO、LAP的量分别为PEDOT:PSS水溶液重量的20～40％、5～20％、0.5～1.5％，
[0035]其中，PEG水溶液的浓度为20～40wt％，
[0036]其中，HOAc溶液的纯度为99％，
[0037]其中，SEBS甲苯溶液浓度为100～300mg/L，
[0038]其中，所用的PEGDA、PEG的分子量分别为700～20000Da和400～20000Da。
[0039]本专利技术所述TN水凝胶或TN水凝胶电极可作为人机交互接口，通过手术植入的方式，为生物本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双网络PEDOT:PSS水凝胶(DN)的制备，其特征在于，通过以下方法制备得到：(1)将在PEDOT:PSS水溶液中依次加入一定量的聚乙二醇(二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)、二甲亚砜(DMSO)和引发剂苯基
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2,4,6
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三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)，并在室温下搅拌均匀，得到水凝胶前驱溶液；(2)水凝胶前驱溶液通过紫外光辐射交联以确保完全凝胶化；(3)将干燥后的水凝胶在足量乙酸(HOAc)溶液中浸泡，用去离子水洗涤，得到DN水凝胶。2.一种三网络PEDOT:PSS水凝胶(TN)，其特征在于，通过以下方法制备得到：(1)将在PEDOT:PSS水溶液中依次加入一定量的聚乙二醇(二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)、二甲亚砜(DMSO)和引发剂苯基
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2,4,6
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三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)，并在室温下搅拌均匀，得到水凝胶前驱溶液；(2)水凝胶前驱溶液通过紫外光辐射交联以确保完全凝胶化；(3)将干燥后的水凝胶在足量乙酸(HOAc)溶液中浸泡，用去离子水洗涤，得到DN水凝胶；(4)将干燥后的DN水凝胶浸入聚乙二醇(PEG)水溶液中，然后用大量去离子水冲洗，得到TN水凝胶。3.根据权利要求2所述的三网络PEDOT:PSS水凝胶，其特征在于，通过以下方法制备得到：(1)将在PEDOT:PSS水溶液中依次加入一定量的聚乙二醇(二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)、二甲亚砜(DMSO)和引发剂苯基
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三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)，并在室温下搅拌均匀，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王以轩，陈滟，胡文平，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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