许建雄教授课题组《International Journal of Biological Macromolecules》：全物理交联基于BSA的导电水凝胶，具有高强度和快速自我恢复能力，适用于人体运动和无线心电图传感

蛋白质水凝胶传感器因其优异的生物相容性和生物可降解性以及在可穿戴电子产品中的潜在应用而引起了人们的广泛关注。然而，天然蛋白质水凝胶传感器普遍表现为电导率低、机械强度弱、自恢复性能不理想。因此，开发一种具有高机械性能的蛋白质导电水凝胶具有重要的研究意义。最近，湖南工业大学生命科学与化学学院许建雄教授课题组将甲基丙烯酸酐（MA）修饰和聚吡咯（PPy）功能化的牛血清白蛋白（BSA）引入聚丙烯酰胺-共丙烯酸（P(AM-co-AA)）的基体中，构建了全物理交联导电BSA-MA-PPy/P(AM-co-AA)/Fe³⁺水凝胶。以该水凝胶作为应变传感器，可以监测人体的关节运动。此外，它还能够作为软电极应用于心电图设备中，实现实时状态下的无线心率监测，同时具有良好的可重用性、稳定性和可靠性。相关成果“Fully physical crosslinked BSA-based conductive hydrogels with high strength and fast self-recovery for human motion and wireless electrocardiogram sensing”发表在2023年3月1日的International Journal of Biological Macromolecules《国际生物大分子杂志》期刊上。论文通讯作者是许利剑教授和余茂林讲师，第一作者是许建雄教授。

本工作通过乙烯基修饰和PPy接枝两步改性反应，先后制备了MA修饰和PPy功能化的牛白蛋白（BSA-MA-PPy）。将BSA-PPy引入丙烯酸（AA）与丙烯酰胺（AM）的共聚物中，通过氢键络合构建导电BSA-MA-PPy/P(AM-co-AA)凝胶。将凝胶浸入FeCl₃溶液中，获得的BSA-MA-PPy/P(AM-co-AA)/Fe³⁺凝胶具有高强度和快速恢复的特点。在水凝胶中引入Fe³⁺产生了两个至关重要的效果：1）通过聚合物链之间的网络形成和相互作用增强了水凝胶的力学性能；2）通过剩余的自由离子提高了水凝胶的导电性。

（a）BSA-MA和BSA-MA-PPy的合成路线。（b）BSA-MA-PPy/P(AM-co-AA)/Fe³⁺凝胶的制备。

BSA-MA-PPy/P(AM-co-AA)/Fe³⁺凝胶具有良好的生物相容性和优异的电导率(1.13 S/m)，凝胶传感器具有高灵敏度（GF = 4.98）和可靠的200次循环长期稳定性。基于其优异的机械强度和应变灵敏度，BSA-MA-PPy/P(AM-co-AA)/Fe³⁺凝胶被应用于多功能柔性应变传感器，具有广泛的工作范围，可以检测人体的各种行为，包括拉伸应变和压缩应变。作为放松状态下和运动后的无线心电监测电极，具有良好的灵敏度、稳定性和可重复性，甚至可与商用Ag/AgCl电极相媲美。这项工作不仅为构建全物理交联水凝胶体系提供了灵感，而且促进了天然聚合物基导电水凝胶在生物传感器、仿生皮肤、生物电子学等领域的发展和应用。

该工作得到了中国国家自然科学基金委员会（No.51874129）、湖南省自然科学基金（2021JJ40178、2022JJ50061）、湖南省教育厅科研基金（20B169、21C0405）的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.123195