【用户成果】3D打印PEDOT:PSS 水凝胶的高导电性和强粘性生物电子界面
文摘
2024-06-19 10:01
上海
随着生物医学设备和可穿戴设备的不断创新和发展，生物组织与电子设备之间的生物电子接口受到了广泛关注。这些界面在医疗保健监测、临床诊断和治疗等多种应用中发挥着关键作用。在各种生物电子界面材料中，基于 PEDOT:PSS 的水凝胶因其类似组织的柔软性、生物安全性和电化学稳定性而备受青睐。目前，PEDOT:PSS水凝胶生物电子界面的制造技术已取得重大进展，包括刮涂、电化学聚合、喷墨打印丝网印刷和光刻等。然而，PEDOT:PSS 水凝胶为基础的具有高分辨率、高纵横比复杂几何形状的生物电子器件的开发仍然是一个巨大的挑战，阻碍了其快速创新和广泛应用。此外，基于 PEDOT:PSS 水凝胶的生物电子界面通常难以同步实现高导电性和强粘附性，导致电生理信号记录时信噪比低、信号质量差。3D打印具有可定制设计、操作简单、加工精度高等优点，最近已成为开发基于PEDOT:PSS 水凝胶的生物电子接口的一种新方法。然而，仍有一些挑战有待解决，包括协调基于PEDOT:PSS 的墨水以实现高导电性和强附着力的问题、机械网络构建的复杂性以及提高打印精度的必要性。基于 PEDOT:PSS 水凝胶的生物电子界面在生物医学设备、可穿戴设备和表皮电子设备等多个领域受到广泛关注。然而，开发集优异的导电性、强大的粘附性和先进的加工兼容性于一体的高性能生物电子界面仍然是一项挑战。在此，江西科技师范大学学徐景坤教授&刘西梅教授等人通过3D打印新型聚(乙烯醇-甲醛)(PVAF)-PEDOT:PSS 复合油墨，开发出一种高性能生物电子界面。这种 PEDOT:PSS.PVAF 油墨具有良好的流变特性，适合直接墨水写入式3D打印，能够制造高分辨率图案和高纵横比的三维结构。用这种 PEDOT:PSS-PVAF 油墨打印的水凝胶生物电子界面同时具有高导电性(超过 100 S m-1)、强附着力(31.44±7.07 kPa)和稳定的电化学性能(电荷注入容量为13.72mC cm-2，电荷存储容量为18.80 mC cm-2)。进一步整合了PEDOT:PSS-PVAF 水凝胶生物电子界面，制作了用于肌电图(EMG)信号记录的皮肤粘合电极。与商用产品相比，所制成的肌电图皮肤电极具有卓越的性能和稳定性，在不同重量和重复运动的情况下仍能保持大于 10 dB 的高信噪比。基于 PEDOT:PSS-PVAF 的水凝胶生物电子接口的这些优越性能可能有助于医疗保健监测和表皮生物电子学等各种生物电子学应用。相关研究以“3D printing of highly conductive and strongly adhesive PEDOT:PSS hydrogel-based bioelectronic interface for accurate electromyography monitoring”为题发表在Journal of Colloid And Interface Science期刊上。Fig. 1. Design of the 3D printed PEDOT:PSS hydrogel-based bioelectronic interfaces.Fig. 2. 3D printed PEDOT:PSS-based ink and printing accuracy.Fig. 3. Electrical and adhesion performance of 3D printed PEDOT:PSS hydrogels.Fig. 4. 3D printing of PEDOT:PSS-PVAF hydrogel.Fig. 5. Electrochemical properties of PEDOT:PSS-PVAF hydrogel.Fig. 6. 3D printed PEDOT:PSS-based EMG electrode for EMG signal monitoring.在这项工作中，作者成功开发了一种由 PEDOT:PSS 和 PVAF 组成的高性能3D打印导电聚合物前驱体油墨。这种油墨可以通过 DIW 3D打印技术制作出高分辨率的图案和高宽比的三维结构。打印出的基于PEDOT:PSS 水凝胶的生物电子界面同步表现出高导电性(超过100S m-1)、强附着力(在猪皮肤上的附着力为 31.44±7.07 kPa)和稳定的电化学稳定性(电荷注入容量为 13.72 mC cm-2和 18.80 mC cm-2 以及电荷存储容量)。基于这些特性，进一步制备了 PEDOT:PSS-PVAF水凝胶基皮肤电极，这种电极能够在重复运动时稳定地重新获得肌电信号。这项工作可能会推动生物电子接口的发展，并为医疗保健监测和表皮生物电子学等实际应用提供了一种前景广阔的水凝胶生物电子接口。3D printing of highly conductive and strongly adhesive PEDOT:PSS hydrogel-based bioelectronic interface for accurate electromyography monitoringhttps://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.05.171*本文来源：作者团队，感谢作者团队对本公众号的大力支持！如有侵权，请联系删除，如有冒犯之处敬请见谅!
