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2019-07-07
具有与人体组织相似的生理和机械特性的水凝胶是电子和设备的理想基质材料，可以帮助实现有效和无缝的电生物集成。水凝胶电子器件的柔软性和可拉伸性使其佩戴更加舒。其高孔隙度和水化水平促进电荷、离子和分子的运输，这对于需要保持水分和透气性的应用是至关重要的。水凝胶与活体组织的相似性促进了其在生物医学领域的广泛应用，包括用于疾病诊断的可穿戴电子设备和用于神经活动记录和调节的植入式生物电极。隐形眼镜上的电子器件最近引起了科学界的广泛关注。目前，隐形眼镜式可穿戴设备已经开发，可以通过测量眼压或眼泪中的葡萄糖成分诊断青光眼和糖尿病。透明隐形眼镜显示器可以将计算机生成的视觉信息叠加到现实世界中，提供即时和直接的信息访问。
近日，北京大学段小洁教授等人以金属涂层纳米纤维网为电子导体，以工业水凝胶隐形眼镜为基片的基于隐形眼镜的眼界面器件的设计。以金属纳米为电极，对聚(3,4-乙二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸盐(PSS)进行了原位电化学沉积，以改善金属纳米与水合水凝胶隐形眼镜基体的附着力（图1）。该水凝胶隐形眼镜装置具有良好的透气性、润湿性和水化程度，并具有良好的光学透明性、机械顺应性。研究证明，兔眼佩戴这种透气性好、透明的水凝胶隐形眼镜电极12小时后，没有明显的角膜磨损或刺激迹象，说明其在日常连续佩戴中具有很高的安全性。最后，在家兔身上进行了ERG记录，以展示这种透气、无刺激、透明的水凝胶隐形眼镜电极的功能。相关研究成果以“Gas-Permeable, Irritation-Free, Transparent Hydrogel Contact Lens Devices with Metal-Coated Nanofiber Mesh for Eye Interfacing”为题目发表于国际期刊ACS Nano上。
图1 基于金属纳米和原位电化学沉积PEDOT/PSS的透气性、无刺激、透明水凝胶隐形眼镜。
图2 水凝胶隐形眼镜的表征。
图3 气体渗透性、润湿性和生物相容性试验。
图4 全面的视网膜电图（ERG）记录。
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