[发明专利]一种高导电高生物相容性的水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本申请公开了一种高导电高生物相容性的水凝胶及其制备方法与应用。本申请的第一方面，提供一种组合物，包括PEDOT:PSS水溶液和L‑乳酸。根据本申请实施例的组合物，至少具有如下有益效果：本申请实施例中首先提供一种组合物，其除了包含PEDOT:PSS水溶液外，还进一步引入了L‑乳酸，在避免非均相无机导电填料和非生物兼容性的添加剂的引入的同时，提高了PEDOT:PSS形成水凝胶时的导电性能和生物相容性。

技术领域

本申请涉及水凝胶技术领域，尤其是涉及一种高导电高生物相容性的水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

目前柔性表皮生物电子传感器多以金属作为电极与人体皮肤直接接触，而皮肤时刻在进行新陈代谢，生物电位信号监测的过程中体液会不断更新积累。金属或聚合物干电极由于其致密的结构，不能够及时有效地储存或是排除监测过程中产生的汗液。长周期使用上述材料作为传感器中的接触电极不利于目标信号的稳定，同时易引发人体皮肤炎症和影响穿戴的舒适性。

导电聚合物水凝胶是一类独特的导电柔性材料，它结合了水凝胶和共轭导电聚合物的优点，在生物电子领域显示出巨大的应用潜力。富含水的性质和接近人体组织的机械性能使其成为生物电子领域的理想应用材料。目前，人们在构建高导电水凝胶方面付出了诸多努力。已报道的导电聚合物水凝胶的制备主要依赖于以下两种方法。一种是将导电聚合物与非导电水凝胶基质混合或原位聚合，形成互穿聚合物网络(IPN)。这种结构会限制制备的水凝胶的导电性，因为其中的非导电水凝胶基质是绝缘体，它在网络里仅提供一个支持独立成型的架构。通常，这种水凝胶在去离子水中的电导率低于1S/cm。为了进一步提高导电性，研究者提出在上述基于IPN结构的聚合物水凝胶体系中引入导电纳米填料，如纳米金属颗粒/线、碳纳米管和石墨烯等。然而，这种方法会带来其他问题，例如机械和电学性能上的不均匀性、生物毒性等。第二种方法是在聚合物前驱体溶液中引入添加剂制备非填料导电聚合物水凝胶。但目前常见的添加剂如硫酸、DMSO和离子液体等，均具有毒性或对皮肤有刺激性，不适合生物电子应用。因此，有必要提供一种生物相容性好且导电性高的水凝胶。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种高导电高生物相容性的水凝胶及其制备方法与应用。

本申请的第一方面，提供一种组合物，包括PEDOT:PSS水溶液和L-乳酸。

根据本申请实施例的组合物，至少具有如下有益效果：

本申请实施例中首先提供一种组合物，其除了包含PEDOT:PSS水溶液外，还进一步引入了能够为人体所正常代谢的L-乳酸，在避免非均相无机导电填料和非生物兼容性的添加剂的引入的同时，提高了PEDOT:PSS形成水凝胶时的导电性能和生物相容性。

在本申请的一些实施方式中，PEDOT：PSS水溶液的固含量为1.0～1.4wt％，例如，PEDOT：PSS水溶液的固含量为1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％。

在本申请的一些实施方式中，L-乳酸的体积不超过PEDOT:PSS水溶液体积的6％，例如，L-乳酸的体积不超过PEDOT:PSS水溶液体积的6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％。

在本申请的一些实施方式中，L-乳酸的体积不超过PEDOT:PSS水溶液体积的1～5％，2～4％，2.5～3.5％。

本申请的第二方面，提供一种水凝胶，该水凝胶的制备原料包括前述的任一种组合物。

在本申请的一些实施方式中，水凝胶的导电率为5～400S/cm，例如为5S/cm、10S/cm、20S/cm、50S/cm、100S/cm、200S/cm、300S/cm、400S/cm。在其中一些实施方式中，水凝胶的导电率为20～400S/cm，50～400S/cm，100～400S/cm，200～400S/cm。