Page 33 - 《精细化工》2023年第11期

第 11 期 王林林，等: 纤维素基导电水凝胶研究进展 ·2345·

LIN 等 [72] 将 TEMPO 氧化的纤维素（TOMFC） 使用无线传输技术来实现良好的人机交互，最为重
加入海藻酸钠基质中，并进行吡咯（PPy）单体原 要的是要将自供电应变传感器落实到实际生产和应
位聚合制备了 PPy/SA/TOMFC 复合水凝胶，通过 用中；（6）作为电子皮肤、恶劣环境中的传感器等
压缩应力-应变分析，证实 TOMFC 和 PPy 的加入提 电子材料的基材，现有的 C-ECH 机械强度还有待提
高了水凝胶的力学性能，压缩模量高达 2.34 MPa， 高，可以在纤维素基体中引入增强材料，形成双网
用质量分数 5.0% TOMFC 制备的导电水凝胶强度 络或者多网络结构。综上所述。通过对 C-ECH 的改
可达到 1.27 MPa。此外，在 TOMFC 质量分数较高 进和优化，C-ECH 在可穿戴电子设备、结构健康监
–3
的情况下，复合水凝胶的电导率（8.9×10 S/cm） 测、智能纺织品、能源储存和光学材料等具有良好
显著提高，这是由于复合水凝胶更紧密的 3D 网络 的发展前景。
结构以及聚合过程中吡咯与基质之间的相互作用，
参考文献：
该复合水凝胶具有可调的溶胀性能和良好的生物
相容性，可用于仿生组织支架 [73-74] 。 [1] IMAN Y, WEN Z. A review of recent developments in
nanocellulose-based conductive hydrogels[J]. Current Nanoscience,
C-ECH 在生物医疗领域受到众多研究者的青 2021, 16(4): 1-16.
睐，但是将 C-ECH 作为到生物医疗材料由于成本较 [2] GEBEYEHU E K, SUI X F, ADAMU B F, et al. Cellulosic-based
conductive hydrogels for electro-active tissues: A review
高，在高效灭菌和活体实验方面仍有缺陷，加之完 summary[J]. Gels, 2022, 8(3): 140.
全生物降解性有待研究，要想将 C-ECH 从实验室转 [3] TANG Y, ZHANG X, LI X Y, et al. A review on recent advances of
protein-polymer hydrogels[J]. European Polymer Journal, 2022, 162:
移到实际生产和应用，还需要研究者进一步探究。 110881.
[4] KHATTAB T A, KAMEL S. Advances in polysaccharide-based
4 结束语与展望 hydrogels: Self-healing and electrical conductivity[J]. Journal of
Molecular Liquids, 2022, 352: 118712.
[5] DENG Y Q, XI J F, MENG L C, et al. Stimuli-responsive
资源是影响人类可持续发展的关键问题。纤维 nanocellulose hydrogels: An overview[J]. European Polymer Journal,
素作为自然界中最丰富的天然可再生资源，具有成 2022, 180: 111591.
[6] YAO Q, ZHENG W H, TANG X G, et al. Tannic acid/polyvinyl
本低、可再生、生物相容性良好等特点，而且废旧 alcohol/2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride chitosan
棉纺织品、棉秆、麦秆、玉米芯等废弃物中含有大 double-network hydrogel with adhesive, antibacterial and
biocompatible properties[J]. Reactive & Functional Polymers, 2022,
量的纤维素资源，随着人们环保意识的不断提高， 179: 105384.
综合开发利用这些资源将对人类的可持续发展具有 [7] BATTA-MPOUMA J, KANDHOLA G, SAKON J, et al. Covalent
crosslinking of colloidal cellulose nanocrystals for multifunctional
重大意义。基于纤维素上的大量羟基，采用物理或 nanostructured hydrogels with tunable physicochemical properties[J].
者化学交联方法制备的导电水凝胶具有优异机械性 Biomacromolecules, 2022, 23(10): 4085-4096.
[8] FANG L J, ZHAO L H, LIANG X T, et al. Effects of oxidant and
能、自愈性、黏附性、耐冻性、导电性、生物相容 dopants on the properties of cellulose/PPy conductive composite
性和可持续利用等特点，使其在传感器、超级电容 hydrogels[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2016, 133(34):
43759.
器、生物组织材料等领域显示出了广泛应用前景， [9] WANG L, AGO M, BORGHEI M, et al. Conductive carbon
市场需求量在不断增大。近年来，虽然对 C-ECH 的 microfibers derived from wet-spun lignin/nanocellulose hydrogels[J].
ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, 7(6): 6013-6022.
设计和应用取得了一定的进展，使得 C-ECH 的性能
[10] YE Y H, JIANG F. Highly stretchable, durable, and transient
得到很大的提高，然而纤维素基导电水凝胶的发展 conductive hydrogel for multi-functional sensor and signal
transmission applications[J]. Nano Energy, 2022, 99: 107374.
仍面临一些挑战：（1）化学交联剂存在一定的毒性，
[11] GUAN Q F, YANG H B, HAN Z M, et al. Sustainable cellulose-
开发使用高绿色环保的化学交联剂来减少对环境的 nanofiber-based hydrogels[J]. ACS Nano, 2021, 15(5): 7889-7898.
污染；（2）纤维素基导电水凝胶功能性比较单一， [12] QIN H L, CHEN Y J, HUANG J Y, et al. Bacterial cellulose
reinforced polyaniline electroconductive hydrogel with multiple
在不牺牲导电性能等基本性能的情况下引入新的功 weak H bonds as flexible and sensitive strain sensor[J].
能，设计出自愈合、黏附、高机械性能、耐冻等性 Macromolecular Materials and Engineering, 2021, 306(8): 2100159.
[13] LI J R, FANG L J, TAIT W R, et al. Preparation of conductive
能于一体的 C-ECH 可以满足不同领域和不同环境 composite hydrogels from carboxymethyl cellulose and polyaniline
的需求，这也是未来 C-ECH 发展的主要研究方向； with a nontoxic crosslinking agent[J]. RSC Advances, 2017, 7(86):
54823-54828.
（3）现有的 C-ECH 应用还没实现集成化，需采取 [14] QIN Z H, LIU S D, BAI J H, et al. Ionic conductive hydroxypropyl
轻质化材料，缩小 C-ECH 的体积，设计集成化的电 methyl cellulose reinforced hydrogels with extreme stretchability,
self-adhesion and anti-freezing ability for highly sensitive skin-like
容器为可穿戴设备提供更多的能量，同时，设计微 sensors[J]. International Journal of Biological Macromolecules,
型传感器可以减轻可穿戴电子设备的质量；（4）对 2022, 220: 90-96.
[15] WANG X D, YANG X X, WANG X Y, et al. Silver nanoparticles
C-ECH 及其相关产品进行回收再利用也是有待解决 prepared by solid-state redox route from HEC for conductive,
的问题，这对解决能源危及环境污染至关重要；（5） long-term durable and recycling artificial soft electronics[J].
Polymer, 2021, 229: 123974.