Advance Functional Materials:基于仿贻贝二维PEDOT纳米片的自黏附水凝胶生物柔性电子

导电纳米片和水凝胶的复合材料被认为是可用于下一代柔性生物电子中的有希望的候选材料。其中导电高分子聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT)因为其高导电性和优异的化学稳定性,被认为是一种理想的柔性电子导电材料。然而,由于PEDOT的疏水性和刚性的化学结构,PEDOT纳米片的制备以及其在水凝胶基体中均匀分散是具有挑战性的难题。此外、水凝胶于组织之间的界面粘附对水凝胶在生物电子中的应用,特别是电子皮肤和可植入生物电极,是至关重要的。因此,研究者期望能够研发一种可以与周围组织紧密结合的可用于生物电子的柔性粘附水凝胶。

西南交通大学材料先进技术教育部重点实验的鲁雄教授采用仿贻贝的方法制备了本研究提出了一种绿色高效低成本的策略,利用功能化的石墨烯为模板制备具有三明治结构的PSGO-PEDOT纳米片。该策略将天然贻贝的粘合机理以及电子限域效应相结合,制备了一种具有氧化还原活性的纳米片,并且该纳米片能够保留丰富的儿茶酚官能团。PDA功能化的磺化氧化石墨烯可以诱导PEDOT在表面组装形成二维纳米片,并且磺酸基能够对PEDOT进行掺杂,因此,PSGO-PEDOT纳米片还具有较高的导电性。2D PSGO-PEDOT纳米片具有出色的水分散性,可在亲水性水凝胶网络中均匀分散。 这种由天然启发的制备导电、氧化还原活性的纳米片方法为制备新型二维纳米材料提供了新方法。

相关结果以“Graphene Oxide-Templated Conductive and Redox-Active Nanosheets Incorporated Hydrogels for Adhesive Bioelectronics”发表在Advanced Functional Materials(DOI:10.1002/adfm.201907678)上

本研究中, PSGO-PEDOT纳米片由于具有良好的水分散性,能够和好的分散在水凝胶网络中,赋予水凝胶良好的导电性、超强机械性能、粘附性和生物相容性。PSGO-PEDOT纳米片显著改善了水凝胶的机械性能,这归因于纳米片本身的机械强度和纳米片与聚合物链网络之间非共价相互作用的协同效应。纳米片具有儿茶酚/醌基团的动态氧化还原平衡,这有助于水凝胶实现可重复和长期粘附性。亲水性导电性纳米片很好地分散在水凝胶中,在水凝胶网络中形成连接良好的电子通路,并赋予其良好的导电性。 PSGO-PEDOT-PAM水凝胶具有优异的导电性和粘附性,已成功用作粘性电子皮肤,用于检测ECG,EEG和EMG信号。 PSGO-PEDOT-PAM水凝胶显示出良好的生物相容性,可用作体内生物信号检测的可植入生物电极。简而言之,PSGO-PEDOT-PAM水凝胶作为高灵敏度生物传感器具有巨大潜力,可用于人工智能,人机交互,可穿戴式个人医疗设备和植入式生物电子等领域。