香港大學領導的團隊成功開發一種兼具高強度與高韌性的離子凝膠，其斷裂強度及斷裂能，分別比一般離子凝膠高數十倍及數百倍以上，同時維持良好的離子導電率、透氣性和抗菌性，適用於新型可穿戴設備及生物醫療裝置的研發。相關成果已刊於《科學進展》。

論文：

• https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea6883

研究背景

對於新一代可穿戴生物電子設備及醫療裝置發展而言，能够在人體上可靠運作的柔性材料至關重要，這類材料應舒適地貼合皮膚，同時具備足够的耐用性以應付日常使用。然而，目前許多柔性材料容易受損，傳統的離子凝膠斷裂強度通常低於 1MPa、斷裂能低於 1kJ/m²。

研究成果

港大工程學院徐立之博士領導的團隊，與城大生物醫學工程學系史鵬教授等合作，成功開發一種兼具高强度與高韌性的離子凝膠 HSFRIs。

團隊通過溶劑工程調控，製備了一種軟硬雙相界面。在示例中，團隊以芳綸納米纖維（ANF）為硬相、聚乙烯醇（PVA）為軟相，並在離子液體 EMIMTFSI 中構建出緻密的三維納米纖維網。其關鍵在於抑制溶劑對氫鍵位點的競爭，增强兩種材料之間的界面氫鍵，與一般基於水溶液的水凝膠相比，HSFRIs 中的 ANF 與 PVA 之間的氫鍵數量是其三倍。同時，PVA 結晶産生的結晶域起到剛性交聯點的作用，增加了分子鏈的剛性，有效地釘扎裂紋。

此外，芳香環之間存在 π-π 相互作用，EMIMTFSI－溶質體系的相互作用能亦顯著高於水－溶質體系。這些因素有助在聚合物網絡中保留足夠的溶劑，從而確保優異的凝膠狀拉伸性。

測試顯示，該材料的斷裂強度最高可達 64.5MPa，斷裂能約為 607kJ/m²，可承受超過自身重量 5000 倍的負載，性能甚至超過部分工程塑料，同時仍保持良好柔性和貼膚性，還具有良好離子導電率、抗乾燥、透氣和抗菌特性。

該材料的機械性能

用為智能電子敷料

因此，該材料除了具備出色的機械性能，也可準確記錄心電（ECG）及肌電（EMG）等生理訊號，性能與商用裝置相當。基於此，團隊開發了一種新型智能電子敷料，其可同時實現藥物釋放、電刺激及抗菌功能。在動物實驗中，該敷料有效加快了傷口愈合及减少了炎症反應。

研究團隊

論文共同第一作者是港大 He Zhang（張賀博士）及城大 Weibin Jia。共同通訊作者是徐立之博士、史鵬教授。

如欲知道更多教科相關消息，請留意京港 Facebook 專頁：https://www.facebook.com/BHKAEC