Angew. Chem. ：自液化水凝胶粘合剂用于可编程生物电子界面

水凝胶粘合剂兼具水凝胶和粘合剂的特性，能够牢固地与聚合物、金属、生物组织等多种材料粘合，其广泛应用于伤口敷料、组织修复、药物递送和生物电子等方面。传统的水凝胶粘合剂难以实现在粗糙、多毛发组织表面的有效粘合，因而难以获得高质量的信号，甚至无法采集到信号。水凝胶粘合剂的强行剥离通常会引起电极的损坏和组织损伤，因而水凝胶粘合剂使用后的温和条件脱离在实际应用中是很重要的。

近日，吉林大学超分子结构与材料全国重点实验室李云峰教授和哈尔滨工业大学齐殿鹏教授合作，实现了一种由拮抗酶反应网络驱动的瞬态自液化水凝胶粘合剂，该粘合剂可作为一种稳定的生物电子界面，用于多毛发皮肤表面实时可编程的粘附和脱离。在拮抗酶反应网络驱动下，瞬态水凝胶粘合剂以时间可编程的方式呈现自主的溶胶-凝胶-溶胶转换，且瞬态水凝胶粘合剂的寿命可由酶反应网络中各组分浓度进行调控。

图1.(a)拮抗酶反应网络驱动的瞬态自液化水凝胶粘合剂的示意图；(b)瞬态自液化水凝胶粘合剂自主的溶胶-凝胶-溶胶转换；(c)瞬态水凝胶粘合剂与猪皮表面褶皱的适形粘附扫描电子显微镜照片；(d)瞬态水凝胶粘合剂与小鼠多毛发皮肤的适形粘附扫描电子显微镜照片。

瞬态水凝胶粘合剂的前体溶液易于穿过毛发区域接触皮肤表面并发生快速的溶胶-凝胶转变，使得生物电极能够适形、稳定地粘附于粗糙、不规则甚至多毛发的皮肤表面。这种适形的生物电子界面结合电极可以在不处理毛发的情况下在多毛发皮肤上直接记录高质量的电生理信号，更重要的是，由于瞬态水凝胶粘合剂的自主液化，使用后的生物电极很容易从皮肤表面剥离，不会造成凝胶的残留，清洗后对多毛发皮肤和电极也没有损伤。传统的商用电极由于毛发阻碍，无法接触到皮肤表面，无法采集有效的电生理信号。

本研究开拓了化学燃料驱动的瞬态自液化水凝胶黏合剂的应用新方向，为自脱除生物电子界面的开发开辟了新的途径，将有力地推动下一代具有类生命特性的非平衡水凝胶材料的应用。

图2.(a)瞬态水凝胶粘合剂生物电子界面结合电极采集人肌电信号的示意图；(b)不同时间段采集的肌电信号；(c)自液化过程驱动电极逐渐滑落；(d)瞬态水凝胶粘合剂生物电子界面结合电极采集大鼠心电信号的示意图；(e)瞬态水凝胶粘合剂结合电极采集的大鼠心电(ECG)和脑电(EEG)信号与商用电极(CE)采集信号的信噪比(SNR)对比。

论文信息

An Autonomously Liquefied Hydrogel Adhesive for Programmable Bioelectronic Interface

Mengyuan Li, Gongwei Tian, Xuemei Jiang, Dianpeng Qi, Bai Yang, Yunfeng Li

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202503010