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  生物體內(nèi)肌肉運動和神經(jīng)活動所產(chǎn)生微弱的電流被稱為生物電流。對生物電流的實時監(jiān)測在健康評估和運動管理中得到了廣泛應用。例如，心電圖（ECG）可以記錄每個心跳周期產(chǎn)生的電信號，從而提醒人們在心臟病發(fā)作前采取預防措施。隨著人類對海洋的不斷探索，海洋與人類的關系越來越密切，心臟病已經(jīng)成為潛水員和其他水下工作者的重要死因。近年來，盡管基于不同材料的柔性電極已經(jīng)被開發(fā)出來，并用于記錄人體運動時的心電信號，但是它們的應用環(huán)境通常僅限于空氣中。將柔性電極的應用環(huán)境拓展到水下仍具有挑戰(zhàn)性，主要是因為柔性電極在水下會失去其功能。例如，為了獲得穩(wěn)定、可靠的電信號，柔性電極必須能牢固地粘附在人體皮膚表面。然而，對于柔性電極來說，實現(xiàn)強大的水下粘附仍然是一個挑戰(zhàn)，這是因為在水下水分子會在粘附劑和基材表面形成一層水合層，大大降低了粘附強度。盡管近年來已經(jīng)開發(fā)了一些基于有機凝膠的水下電子器件，但由于親水基團的存在，它們在水環(huán)境中存在溶脹、有機溶劑泄漏等問題。

  武培怡教授課題組于振川博士利用疏水性聚合物將凝膠的應用范圍拓展到水下環(huán)境中(Adv. Mater. 2021, 2008479, Mater. Horiz., 2021,8, 2057-2064)。近日，于振川博士通過在特定離子液體中聚合離子液體單體的方式，設計了一種高性能的離子凝膠，并將其用于水下心電信號的檢測。與之前的工作相比，該離子凝膠透明性優(yōu)異，且具有更加廣泛可調(diào)的力學性能，楊氏模量可以從0.22 MPa調(diào)節(jié)到337 MPa，斷裂應變可以從349%調(diào)節(jié)到>10000%。離子凝膠內(nèi)部疏水性聚合物骨架賦予了其在水環(huán)境中優(yōu)異的穩(wěn)定性，并且能夠在水下表現(xiàn)出良好的自修復性，以及對生物組織的粘附性。在水下環(huán)境中，離子電極能夠與皮膚緊密結合，并且離子凝膠內(nèi)部游離的離子基團賦予了其離子導電性，使離子凝膠能夠檢測和傳遞生理電信號。同時該離子凝膠表現(xiàn)出良好的生物相容性，在2天內(nèi)沒有觀察到對皮膚的刺激。相比于商業(yè)凝膠電極，該離子凝膠電極可用于在水中收集穩(wěn)定可靠的心電信號。需要強調(diào)的是，使用離子凝膠電極在水下測到的心電信號強度與在空氣中測到的幾乎一樣， 可以用與游泳運動員（或潛水員）的實時心電信號跟蹤和比較。

圖1. 離子凝膠的力學性能、導電性和自修復性能。

圖2. 離子凝膠的粘附性能和生物相容性。

圖3. 離子凝膠的傳感性能。

圖4. 離子凝膠的水下心電監(jiān)測能力。

  以上研究成果近期以“Water-Resistant Ionogel Electrode with Tailorable Mechanical Properties for Aquatic Ambulatory Physiological Signal Monitoring”為題，發(fā)表在《Advanced Functional Materials》（DOI: 10.1002/adfm.202107226）上。于振川博士為文章第一作者，通訊作者為東華大學武培怡教授。該課題得到了國家自然科學基金重點項目(51973035, 51733003)等項目的資助與支持。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202107226