工程师开发用于生物医学应用的导电水凝胶

合成水凝胶在组织修复、药物输送、医疗植入物和许多其他应用中显示出巨大的前景。具有导电成分功能化的水凝胶可用于心脏或神经接口的生物电子设备，用于神经假肢、心脏贴片和电子皮肤等应用。

由香港大学(港大)工程学院机械工程学系徐立志博士领导的研究团队最近研发出一种新型导电水凝胶，具有出色的机械强度和可制造性，为各种生物电子器件的工程创造机会。

这项创新已发表在NatureCommunications的一篇题为“用于坚固和电子导电水凝胶的聚合物纳米纤维网络的混合组装”的文章中。

合成水凝胶是类似于生物软组织的富含水的聚合物材料。它们柔软、多孔且具有生物相容性，可在天然生物组织和先进的生物医学工具之间实现物理界面。特别是，导电水凝胶引起了广泛的研究关注，因为它们可用于心脏或神经接口的生物电子设备。

“现有的水凝胶机械性能较弱且难以制造，这限制了它们的实际用途。我们使用独特的微尺度支架来合成导电水凝胶。复合材料的结构提供了其他水凝胶无法获得的特性组合，这对于生物电子设备的实际应用至关重要，“徐博士说。

对于徐博士团队开发的新型水凝胶，使用3D纳米纤维网络作为模板来指导导电聚合物(如聚吡咯)的组装。纳米纤维的高连通性为电子传导提供了结构稳健性和有效的途径。

“对于潜在的生物医学应用，该设备需要承受与身体运动相关的重复机械负载。在这方面，材料的机械强度非常重要，“徐博士解释说。

该团队开发的所得材料含有80%重量的水，同时显示出~80S/cm的高导电性和~9.4MPa的机械强度。

“这些导电水凝胶很容易制造。人们可以将它们图案化为电极、互连和生物传感器阵列，从而实现可穿戴健康监测器或心脏组织工程平台等功能系统，“徐博士说。

“它为未来的许多先进医疗工具提供了机会，例如神经假肢，心脏贴片，电子皮肤等，”他补充说。

徐博士和他的研究团队早些时候创造了另一种模仿肌腱的新型水凝胶，表现出与天然肌腱非常相似的显着机械性能，以及非常适合生物医学应用的多种功能。