中國人民大學賀泳霖?ACS Macro Letters：離子導體的獨特優勢！超穩定氟油離子凝膠用于MRI強磁環境下的監測

磁共振成像（ MRI）作為一種關鍵的非侵入性臨床診斷技術，能夠提供高分辨率的組織影像。然而，其成像過程依賴于強大的靜磁場（通常≥0.3 T），為防止圖像偽影及潛在的安全風險，任何含金屬的電子設備均被嚴格禁止帶入MRI掃描室。這導致患者，尤其是需鎮靜的兒童、老人或危重病人，在長時間的掃描過程中處于生命體征監測的“盲區”，構成顯著安全風險。

與依賴電子傳輸信號的傳統設備不同，人體神經系統本身依賴離子傳導信號，可安全耐受高達8 T的超強磁場，具體而言，離子在磁場中受洛倫茲力影響極微（其速度變化約為電子的百萬分之一）。因此，離子導體天生具備強磁兼容的獨特優勢。

傳統凝膠難以兼顧生物安全性和環境穩定性，基于這一問題, 中國人民大學賀泳霖團隊報道了一種基于全氟聚醚（Perfluoropolyether, PFPE）的超穩定離子導電油凝膠（PFOG）,該離子凝膠具有高低溫穩定性（-60℃-199℃）、耐酸堿、抗水和有機溶劑溶脹、生物惰性（小鼠食用無毒）、濕氣不敏感、阻燃、寬電化學窗口（大于6V），是一個近乎全能的離子導電凝膠材料平臺。并將基于PFOG的柔性傳感器在1.5T臨床MRI設備中成功實現了人體脈搏信號的監測,且完全不影響MRI成像。相關論文以“Ultrastable, Magnet-Insensitive Perfluoropolyether-based Oleogel for Reliable Sensing in Magnetic Resonance Imaging”為題發表在《ACS Macro Letters》期刊上。DOI: 10.1021/acsmacrolett.5c00814. 第一作者為朱靖豪，共同第一作者為徐北航。

圖1 PFOG的制備與分析

PFOG通過獨特的凝膠再生兩步法制備：首先，通過聚氨酯反應構建全氟聚醚交聯網絡骨架；隨后，將含有離子液體的溶液溶脹滲透進該交聯網絡中，最終形成離子液體被穩定封裝、結構均一的透明凝膠。

圖2 PFOG的機械性能和熱穩定性

PFOG展現出與人體皮膚相近的類膚模量，可完美貼合體表，其拉伸率高達300%，且在100%應變下經多次循環加載-卸載后曲線幾乎重合，顯示出優異的抗疲勞性。DSC與DMA測試表明，該材料玻璃化轉變溫度低至-58.3°C，在-60°C 的極端低溫下仍保持彈性，性能遠超常規凝膠。此外，得益于全氟聚醚的獨特化學結構，PFOG具備阻燃特性，在明火撤離后可迅速自熄，而作為對照的PDMS、常見有機凝膠與離子凝膠均持續燃燒并產生濃煙，展現出顯著的安全優勢。

圖3 PFOG的生物安全性和環境穩定性

在環境穩定性測試中，PFOG在干燥、潮濕及水下環境中放置72小時后，其質量與形態均保持穩定，而傳統PAM水凝膠和乙二醇有機凝膠則分別出現明顯的溶劑揮發或溶脹現象。進一步在強酸、強堿、高鹽及多種有機溶劑（如甲苯、DMF等）中進行浸泡測試，結果證實PFOG具備全面的化學耐受性。此外，大鼠口服實驗也驗證了該材料具有良好的生物安全性，為其在復雜生理環境中的應用提供了關鍵支撐。

圖4 PFOG的電化學穩定性和傳感特性

相較于傳統水凝膠因水的分解電壓限制而難以適應高電壓工作環境，該研究所開發的全氟聚醚凝膠具有更寬的電化學窗口，且對溫度與應變均表現出高靈敏與穩定的響應。

圖5 基于PFOG的傳感器用于MRI環境中監測人體脈搏

將基于PFOG的傳感貼片貼合于志愿者頸部，在1.5T磁場下進行頸動脈脈搏監測與頸部MRI掃描。結果顯示，MRI掃描前和掃描過程中脈搏信號高度一致，證明該傳感器在強磁場下仍可連續、準確、穩定地工作。同時，MRI影像未出現任何偽影或失真，驗證了該傳感器具備真正的MRI兼容性，不影響臨床診斷，為MRI安全監護提供了可靠的技術支撐。

小結：本研究開發了一種全氟聚醚基離子導電凝膠，可作為適用于強磁場環境的柔性傳感器。該材料通過獨特的凝膠再生工藝制備，實現了極性離子液體在疏水、疏油的全氟聚醚網絡中的穩定封裝，展現出多維“超穩定性”的協同集成，兼具寬溫域彈性、阻燃性、寬電化學窗口、優異的耐介質性和生物相容性，滿足了在復雜極端環境下的可靠傳感需求。此外，基于離子導體本征的強磁兼容性，所構建的傳感器可在MRI強磁場中無干擾、高保真地連續監測人體生理信號，且不影響影像質量。該創新有望突破MRI掃描過程中的患者生理監測盲區，提升臨床安全性與診斷可靠性，并為發展適用于其他磁敏感環境的先進傳感技術提供了平臺。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.5c00814