基于聚醚嵌段酰胺/碳纳米管复合材料的压阻式自感知医用导尿管研发及其性能研究

针对慢性非神经源性膀胱疾病治疗中导管置入过程缺乏实时力学监测的临床需求，研究人员开发了以含90%可再生碳的聚醚嵌段酰胺(PEBAX)为基质、多壁碳纳米管(MWCNTs)为填料的压阻传感器复合材料。通过调控MWCNTs含量(0-5 wt.%)优化材料性能，获得电导率9×10-3 S·m-1 、应变系数(GF)达4.5的功能材料，并成功集成于导尿管实现弯曲形变实时监测，为智能医疗器械的可持续发展提供新策略。

　　

在人口老龄化加剧的背景下，慢性非神经源性膀胱疾病治疗面临重大挑战。传统导尿管置入过程缺乏力学反馈，易引发尿道炎症等并发症。当前医疗物联网(IoT)技术虽能实现生理参数监测，但兼具生物相容性、环境友好性和高灵敏度的导管传感器仍是技术瓶颈。

为突破这一局限，研究人员选择含90%可再生碳的热塑性弹性体聚醚嵌段酰胺(PEBAX)作为基质，其硬段聚酰胺(PA)与软段聚醚(PE)的嵌段结构赋予材料优异机械性能。通过溶剂浇铸法制备MWCNTs含量0-5 wt.%的系列复合材料，系统研究其形貌、热学、力学及压阻特性。关键实验技术包括：扫描电镜(SEM)表征微观结构，四点弯曲法测试压阻响应，差示扫描量热法(DSC)分析热性能，并开发基于惠斯通电桥的实时监测系统验证导管应用可行性。

【3.1 形貌特征与热学性能】
SEM显示MWCNTs在PEBAX基质中均匀分散，无宏观团聚。DSC证实MWCNTs不影响PA晶区熔融行为(183-185°C)，TGA显示材料在415-450°C发生单步降解。这种结构稳定性为传感器耐久性奠定基础。

【3.2 力学与电学特性】
随着MWCNTs含量增加，复合材料杨氏模量从0.7 GPa提升至0.8 GPa，电导率呈数量级增长，5 wt.%样品达9×10^-3
S·m^-1
，渗流阈值位于1-2 wt.%区间。这种电-力耦合特性使其能同时响应机械形变与传导电信号。

【3.3 压阻响应】
在5 mm弯曲变形下，3 wt.% MWCNTs样品表现出最优稳定性，GF达4.5，显著高于其他组分(0.5-1.5)。其线性响应源于MWCNTs网络在PEBAX弹性基质中的可逆重构，而低填料含量(3 wt.%)确保材料柔韧性符合导管应用需求。

【3.4 自感知导管设计】
将3MWCNT/PEBAX复合材料通过浸涂工艺集成于商用导尿管，成功实现40次弯曲循环的稳定监测。开发的24位模数转换系统可实时捕捉电阻变化，验证了该技术在微创手术导航中的实用价值。

这项发表于《Journal of Alloys and Compounds》的研究创新性地将可持续聚合物与纳米技术结合，开发的智能导管传感器兼具高灵敏度(GF 4.5)与生物相容性。相比传统聚酰亚胺/SU-8材料体系，PEBAX基复合材料采用环境友好的甲酸溶剂加工，且可再生碳含量达90%，符合医疗器材绿色化趋势。该技术为慢性膀胱疾病患者提供更安全、精准的诊疗方案，同时为柔性电子器件在生物医学领域的应用开辟新途径。