可拉伸和导电的水凝胶正迅速成为新一代可穿戴设备的候选者。然而，传统导电水凝胶的电活性和生物粘附性较差，限制了其应用。在此，提出了一种贻贝启发的策略，以制备一种特定的核-壳氧化还原活性体系，由聚多巴胺(PDA)修饰的沸石咪唑骨架71 (ZIF-71)核和聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)壳组成。由于含有丰富的邻苯二酚基团，PEDOT可以在ZIF-71表面组装，形成氧化还原活性体系。核壳纳米颗粒可作为氧化还原活性纳米填料制备具有储能性能的导电聚丙烯酰胺水凝胶。核壳PEDOT@PZIF-71系统在水凝胶基质中提供了仿贻贝的黏附性，并赋予水凝胶可拉伸性和粘附性。这种水凝胶可以作为生物电子学和超级电容器的功能电极。此外，该水凝胶具有良好的生物相容性，可植入体内进行生物信号测量而不会引起炎症。这种氧化还原活性核壳PEDOT@PZIF-71系统为基于水凝胶的可穿戴电子设备的设计提供了一种有前途的策略。

图文简介

基于氧化还原活性PEDOT@PZIF-71核壳NPs导电水凝胶的制备示意图。(a)制备氧化还原活性PEDOT@PZIF-71核壳核反应堆。(b)水凝胶中PEDOT@PZIF-71核壳NP掺入，以及水凝胶内部PEDOT和PZIF-71之间的电子和离子转移。AM表示丙烯酰胺。(c)制备的可拉伸水凝胶用于生物电极、生物粘附和生物电容器。

核壳结构PEDOT@PZIF-71 NPs的描述。(a)扫描电子显微镜和(b) ZIF-71、PEDOT/ZIF-71和PEDOT@PZIF-71的透射电子显微镜图像。(c) Zeta电位，(d)各种NPs的x射线衍射图。(e) 77 K条件下不同纳米颗粒对N2的吸附。(f)各种纳米颗粒的导电性。(g)扫描速率为5 mV s−1时PEDOT、ZIF-71和PEDOT@PZIF-71的循环伏安曲线。(h) PEDOT@PZIF-71的恒流充放电曲线随电流从1 mA到10 mA的变化。

PEDOT@PZIF-71/PAM水凝胶的粘附性。(a)水凝胶粘附在各种材料上，如塑料管、陶瓷、坚果、肌肉和软骨。(b)不同水凝胶在不同基材上的粘结强度。(c)水凝胶对皮肤组织的粘附强度可重复。(d) 4℃长期保存后的粘结强度。(e)水凝胶的生物粘附性。(一)贻贝的粘附机理。(ii) PEDOT@PZIF-71/PAM水凝胶的粘附机理。以及水凝胶在不同基质上的相互作用;一、氢键。2配位键。3阳离子-π相互作用。四、共价相互作用。

PEDOT@PZIF-71/PAM水凝胶的力学性能。(a) PEDOT@PZIF-71/PAM水凝胶被拉长到其初始长度的22倍并被回收。(b)各种水凝胶的典型拉伸应力-应变曲线。(c)各种水凝胶的断裂能。(d) PEDOT@PZIF-71/PAM水凝胶的加卸载拉伸曲线。(e) PEDOT@PZIF-71/PAM水凝胶被压缩和回收。(f)各种水凝胶的典型压缩应力-应变曲线。(g)各种水凝胶的抗压强度。(h) PEDOT@PZIF-71/PAM水凝胶的加卸载压缩曲线。

PEDOT@PZIF-71/PAM水凝胶超级电容器的电化学性能。(a)不同扫描速率下的循环伏安曲线。(b)不同电流密度下的恒流充放电曲线。(c) PEDOT@PZIF-71/PAM水凝胶超级电容器在1.6 mA/g时的循环稳定性。(d)水凝胶超级电容器作为自电刺激装置，以及电刺激过程中的肌电图。

论文信息

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/mh/d2mh01234k

通讯作者：西南交大鲁雄，谢超鸣，西华大学姜丽丽

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