[发明专利]一种用于柔性生物电子器件的材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于柔性生物电子器件的材料及其制备方法，属于柔性生物电子材料领域，本发明将导电聚合物通过共价键引入到壳聚糖主链上增强导电性，将Zn²⁺通过配位键连接到壳聚糖以增强抗菌性能，官能化的壳聚糖与聚乙烯醇随后通过动态的多重物理、化学作用交联形成。这些多重动态相互作用使材料具有高拉伸性和自主的自修复能力，同时由导电聚合物功能化的壳聚糖提供的导电性可以提供针对应变和温度的多种传感功能。制备的柔性温度与应力传感器具有柔性化和自主自修复功能。本发明制备的导电敷料不仅能有效促进慢性伤口愈合，还能解决抗菌敷料需要使用毒性较大的Ag⁺的问题。

技术领域

本发明属于柔性生物电子材料领域，尤其涉及一种用于柔性生物电子器件的材料及其制备方法。

背景技术

近年来，柔性可穿戴生物电子器件发展迅速，但是很少有研究转化为商业产品。主要的障碍是目前研制的大多数柔性可穿戴生物电子器件，不能忍受包括高应变在内的各种机械冲击，容易损坏。传统电子材料如硅和金属等，刚硬且脆性大，抗变形能力低，用这些硬质材料制成的电子设备通常难以与柔软的生物体整合，导致信噪比低，并且对机械应变的抵抗力弱，严重限制了它们在柔性生物电子器件中的应用。为了构建柔性生物电子器件，目前使用的方法包括开发柔性导电聚合物或复合材料，使用蛇形电路进行连接(例如表皮电子设备)，以及将浓缩盐或离子液体的放入柔性凝胶或微流体通道。尽管使用这些技术可以获得不同的柔性生物电子器件，包括可穿戴式传感器，柔性诊断设备和软机器人，但这些产品通常易因为拉伸、切割和扭曲等机械作用而产生损坏。因此，如果将这些设备用于人体皮肤穿戴或植入人体时，人类日常活动产生的多维应力将可能损坏设备，并且许多情况下(如植入人体的设备)，对损坏的器件进行维修挑战极大。人们还尝试使用刚性材料封装柔软的电路来减轻破坏性应力，但是这种封装会影响设备的柔韧性和拉伸性。因此，理想的解决方案需要具有韧性、导电性和自修复性能的新材料。

近年来，开发自愈合导电电子材料的努力主要集中在动态共价键以及基于超分子相互作用与单重非共价作用(例如氢键、结晶、离子相互作用和疏水缔合。尽管这些自修复系统可以实现器件简便地修复，但其缺点包括相对较长的自我修复时间，使用昂贵、有毒或危险的材料，修复需要施加外部刺激(例如溶剂、热、光或磁)，或者需要苛刻的自修复环境。因此，克服这些缺点有利于显着提高柔性生物电子器件的性能和耐久性。

具有高拉伸性和自我修复能力的先进材料对于柔性生物电子产品的商业化至关重要。人们目前在此类材料地开发方面已经取得了一些进展，但主要的局限性包括复杂的化学反应和昂贵的原材料。使用常规聚合物来创建具有变形和温度敏感性的强韧导电自修复抗菌水凝胶仍然存在巨大的挑战。此外，柔性生物电子器件经常需要与人体长期接触，因此需要具有长期抗菌性能，但是为了获得材料的抗菌性能，通常采用在生物材料中掺入Ag⁺，而Ag⁺具有细胞毒性，不适用于人体长期接触的应用。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术中存在的不足，提供一种用于柔性生物电子器件的材料及其制备方法。

为简化描述，本发明中对以下术语进行缩写简化：

CS：壳聚糖；PPY：聚吡咯；PAN：聚苯胺；PVA：聚乙烯醇。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于柔性生物电子器件的材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将CS溶液与ZnSO4混合，调节pH为6.5-7.5后，在75-85℃剧烈搅拌2-4h，得到Zn-CS抗菌复合物；

S2.将甲基丙烯酸酐加入CS溶液中，搅拌20-30h，得到双键功能化CS；再将吡咯加入浓度为0.3-0.5wt％的功能化CS溶液中，再加入过硫酸铵，室温下聚合反应20-30h，得到CS-PPY；