引言
近期，首尔大学Seung Hwan Ko团队创新性地展示了利用激光诱导相分离技术与精细的界面结构设计，成功制备出高稳定性导电水凝胶，并实现了其在多样化基底上的牢固粘附。此技术允许研究者将导电聚合物精准地转化为导电水凝胶，其湿态下的电导率高达101.4 S/cm，同时支持以5微米级空间分辨率进行复杂图案的精确构筑。这些导电水凝胶不仅展现出非凡的稳健性，在经历长达1小时的超声处理及水中储存8个月后，其电化学性能依旧保持卓越，彰显出卓越的耐久性。尤为值得注意的是，在潮湿环境中，这些水凝胶的剥离强度和剪切强度分别达到64.4 N/m和62.1 kPa，确保了其在极端条件下的可靠使用。基于此，研究团队进一步利用这些高性能导电水凝胶构建了微电极阵列，成功在大鼠的大脑与心脏组织中稳定捕获并记录了长达3周的精细电生理信号，验证了其在生物医学监测领域的巨大潜力。
过程
图1：激光诱导的纯PEDOT：PSS水凝胶在不同衬底上的强湿稳定性和粘附性。a、LIPSA的示意图。b、经EG处理后丝网印刷的PEDOT:PSS水凝胶的数字图像，显示其对基底的弱附着力。c、通过LIPSA制备的纯PEDOT:PSS水凝胶，在湿润条件下显示其对基底的牢固附着。d、PET基底上干燥的PEDOT:PSS水凝胶横截面的SEM图像，显示波浪状的锁合界面结构和点焊区域。
为了成功开发具有足够厚度的高分辨率PEDOT:PSS水凝胶，研究团队通过研究PEDOT:PSS和基底的光学特性来优化激光参数。通过将532nm可见激光束照射到PEDOT:PSS的正面，由于原始PEDOT:PSS的热导率低，热量在微厚PEDOT:PSS内部散失，无法充分传递到基底，无法形成强烈的键合。然而，目前用于植入和可穿戴生物电子学的聚合物基底通常在可见光波长范围内是透明的，通过扫描激光在基底表面上（背面扫描），532nm激光可以透过透明的聚合物基底，然后与PEDOT:PSS接触的界面部分吸收光线产生高热，在界面处产生强烈的键合。此外，为了制备坚固和强粘附的PEDOT:PSS水凝胶，研究团队将PEDOT:PSS浸泡在乙二醇（EG）中，乙二醇是一种常用的相分离溶剂，可以增强PEDOT富集区域之间的互连。PSS富集区域之间通过氢键弱连接，并且由于氢键容易被湿气破坏，PSS的聚集物在吸湿时会降低机械性能，如粘附强度和湿度稳定性，通过EG后处理增加了PEDOT富集区域的额外连接。并通过TEM图像验证了EG处理后的PEDOT:PSS表面不存在PSS聚集，并且PEDOT富集区域的聚集变得更小且更均匀。
图2：高密度传感器阵列薄膜的特性表征。a SCN/PDMS复合薄膜的平均膜厚以及 b 不同SCN浓度下的平均方块电阻。c SCN薄膜被图案化为100 μm单元尺寸的SCN阵列。d 互连后四个传感单元的示意图(上)和光学显微镜图像(下)。
总结
综上所述，该工作报道开创性地提出了一种激光诱导相分离（LIPSA）技术，旨在制备出兼具高稳定性与对多样化聚合物基底展现强大湿附着力的纯净PEDOT:PSS导电水凝胶。该技术巧妙利用激光扫描PEDOT:PSS与聚合物基底的界面，诱导PEDOT:PSS发生精细的相分离过程，从而在界面处自然构筑出稳固的机械锁定结构。随后，通过乙二醇（EG）的后处理步骤，进一步巩固了水凝胶的结构，显著提升了其综合性能。所制得的纯PEDOT:PSS导电水凝胶，在湿润环境下展现出了令人瞩目的机械稳定性、卓越的附着强度以及优异的电导率，这些特性共同构成了其在生物电子学领域的坚实基础。基于此，研究团队不仅成功开发了用于体内电生理记录的高性能水凝胶微电极阵列，还创新性地设计并实现了两种应用实例：一种是高分辨率的神经探针，能够精准地从大鼠脑中采集电信号，为神经科学研究提供了有力的工具；另一种是专为监测大鼠心脏动态设计的高度可伸缩且可重复使用的心脏探针，其出色的柔韧性与耐用性确保了长时间、高质量的信号记录，展现了在心血管疾病监测与治疗领域的广阔前景。
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