前沿|南科大郭传飞教授团队Adv. Mater.：在可植入生物电子领域取得研究进展- 大数跨境

前沿|南科大郭传飞教授团队Adv. Mater.：在可植入生物电子领域取得研究进展

两江科技评论

2022-03-17

导读：提出的方法解决了长期困扰导电水凝胶的导电性能和力学性能失衡的难题，为软生物电子的发展提供了新材料...

近日，南方科技大学材料科学与工程系郭传飞教授团队在可植入生物电子领域取得研究进展，相关论文以“Highly Conducting and Stretchable Double Network Hydrogel for Soft Bioelectronics”为题发表在学术期刊Advanced Materials上。

生物电子利用植入式电子设备干预、调节或修复人体内部的生物电路系统，从而治疗由生物电路系统异常引致的相关疾病。传统的生物电子设备通过金属电极和人体组织进行电信号交互。坚硬的金属电极（杨氏模量为100 GPa）与柔软组织（杨氏模量<1 MPa）之间存在严重的力学失配，可能产生严重的异物排斥反应，最终影响生物电子设备的使用效能。因此，减小电极与组织之间力学性能的差异是生物电子研究中的一项重点。

图1.导电可拉伸水凝胶的制备、电学和力学性能，以及在活体动物实验中的信号采集和神经刺激测试。

导电聚合物水凝胶具有含水量高和模量低等特点，与生物组织高度相似，被认为是替代金属的理想电极材料。然而已有的导电聚合物水凝胶的导电性能和力学性能难以兼顾。高电导率能提高所采集的生理信号的质量、缩减电极尺寸，有利于柔性可植入电子器件的微型化；可拉伸性则使电极能跟随组织发生变形，提高生物电子-组织界面的力学稳定性。基于此，研究团队提出了一种“去溶胀-原位聚集”方法，通过乙酸促使导电聚合物（PEDOT:PSS）胶体颗粒在聚乙烯醇（PVA）网络中原位聚集成连续的导电网络，从而制得具有高电导率（10 S/cm）和高拉伸性（断裂伸长率150%）的水凝胶。

这种水凝胶具有与组织相匹配的高柔顺性和良好的生物相容性，可通过粘附层与生物组织融合，实现长期稳定的双向电信号交互。研究人员将该导电水凝胶作为电极贴附在小鼠的肌肉表面，可稳定检测小鼠运动时的肌电信号，时间长达两星期。同时，该材料可作为神经刺激电极，相比金属电极，其刺激电压大幅降低，提升了电刺激的效率和安全性。该工作提出的方法解决了长期困扰导电水凝胶的导电性能和力学性能失衡的难题，为软生物电子的发展提供了新材料和新思路。

郭传飞团队博士生李刚、黄凯西和麻省理工学院交流博士后邓珏为共同第一作者，郭传飞教授为论文唯一通讯作者，南科大是论文第一单位。该工作得到了国家自然科学基金委、广东省科技厅、深圳市科创委的大力支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202200261

来源：南方科技大学

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