【科研摘要】

在水凝胶电子设备的应用中，长期活性的导电性，粘合性和环境稳定性至关重要。将不同的功能材料集成到一个系统中会遇到兼容性和成本问题。最近，华南理工大学邱学青教授/南方科技大学郭传飞副教授团队受到多酚木质素中独特的邻甲氧基结构及其在植物中的结合作用的启发，邻苯二酚木质素(DAL)是通过一步脱甲基化构建的，赋予木质素以贻贝状的生物粘附性，良好的可还原性以及较高的紫外线吸收。然后将DAL应用于还原的氧化石墨烯，然后将氧化的DAL和还原的氧化石墨烯混合物(DAL/rGO)产物添加到藻酸钠/聚丙烯酰胺(SA/PAM)双网络水凝胶中。基于氧化的DAL的醌与皮肤的氨基之间的席夫碱反应，掺入DAL/rGO的水凝胶可以稳定地粘附在皮肤上，并对生理信号敏感。此外，DAL在应用于真实皮肤时可以为水凝胶提供长效防晒特性。这些基于DAL的水凝胶具有皮肤感应和户外运动设备的潜力。

【图文解析】

2.2木质素的脱甲基和氧化石墨烯的还原

对愈创木酚的一个甲氧基进行了脱甲基修饰，并制备了AL和DAL中的丁香基单元以实现其天然结合功能。当碘化环己烷的用量在150°C下从0增加到12 mL时，酚羟基含量从2.32增加到3.52 mmol g-1。较高的温度是良好脱甲基改性的保证。通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振谱(NMR)证实了甲氧基的脱甲基和邻苯二酚结构的形成。如图1a所示，在3417 cm-1处的羟基拉伸振动峰变宽并变强，而在1276 cm-1处与甲氧基相关的醚拉伸振动峰变弱。在1H NMR光谱中，羟基和甲氧基的变化更为明显。如图1b所示，在3.73 ppm的甲氧基的质子峰几乎消失了，这可以在异核单量子相干(HSQC)光谱中观察到

图1a)AL，DAL和氧化DAL(oDAL)的FTIR和b)1H NMR光谱。c)FTIR，d)拉曼光谱，e)GO和rGO的XRD谱通过不同量的DAL还原。

如图1c所示，含氧的功能结构，如–OH在3377 cm-1处的拉伸振动，C=O在1732 cm-1处的拉伸振动和C=O在1054 cm-1处的拉伸振动，显着减弱或消失。DAL还原后，表明形成了石墨烯结构。如图1d所示，GO和rGO分别在1330和1573 cm-1处显示D和G波段。

通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察rGO的形态。如图2a所示，固态rGO的直径约为100 m，呈片状形态。在水中进行超声波处理后，rGO片会破碎成直径约100 nm的小碎片(图2b，c)。在水凝胶基质中构建电导网络后，良好的分散性受益。如图2d所示，该AFM测量表明分散的rGO的厚度为3-4 nm。

图2a)rGO粉末和b，c)分散的rGO的SEM图像，d)分散的rGO的AFM图像及其厚度分析。

2.3基于DAL/rGO的双网络水凝胶的制备

水凝胶具有出色的生物相容性，因此是理想的柔性传感矩阵，但其机械性能较差。由两个聚合物互穿网络生成双网络结构可以有效地提高其韧性和可拉伸性。在此，SA通过Ca2+形成离子交联网络。PAM形成第二个网络。拉伸SA/PAM杂化水凝胶时，PAM网络可稳定变形，而SA网络可有效地耗散能量并通过引起动态损伤和愈合来增加伸长率。

如图3a所示，冷冻干燥后，均匀的孔分布在单网络PAM水凝胶中。当引入SA/Ca2+网络时，孔变得无序且壁变厚(图3b)。添加DAL时，会观察到类似丝的网络。DAL中的含氧基团(例如羟基，羧基)可能与PAM的氨基形成氢键，而羧基则参与Ca2+和SA之间的络合。DAL在SA/PAM双重网络之间构建了几个交互桥(图3c)。当DAL/rGO取代DAL时，丝状网络消失了，因为DAL中的部分儿茶酚基团在GO还原过程中被氧化为苯醌。SA/PAM/DAL/rGO水凝胶的孔变得更小且更均匀，网络壁更厚，并且未观察到rGO聚集体(图3d)。

图3水凝胶网络的SEM图像:a)PAM，b)SA/PAM，c)SA / PAM/DAL，d)SA/PAM/DAL/rGO。

2.4 SA/PAM/DAL/rGO水凝胶的流变和力学性能

研究了不同DAL/rGO含量的SA/PAM水凝胶的储能模量(G')和损耗模量(G'')。如图4a，b所示，无论是否包含DAL/rGO，SA/PAM的G'和G''都随扫描频率增加。图4c中也进行了应变幅度扫描。当剂量<3 wt%时，DAL/rGO在剪切力作用下不会破坏水凝胶网络。当剂量增加到6 wt%时，DAL/rGO阻碍了水凝胶网络的形成，代表线性粘弹性区域的G'平台急剧缩小。当剪切应力达到52 kPa时，水凝胶网络将受到破坏。

文章来源：《华南国防医学杂志》 网址: http://www.hngfyxzz.cn/zonghexinwen/2021/0324/583.html