导电聚合物水凝胶生物粘附界面（CPH-EBI）在生物医疗设备、神经界面和可穿戴电子等多个领域都具有广阔的应用前景。然而，目前导电聚合物水凝胶生物粘附界面存在电学/力学/电化学/生物相容性等综合性能不足，且其加工制造技术主要依靠浇铸、模具塑形、注射成型等方法，面临图案化加工与器件集成困难等技术问题，限制了其定制化、生物电子实际应用、产品/商业化。

  近日，江西科技师范大学卢宝阳/徐景坤团队通过将导电聚合物PEDOT:PSS和粘附性离子型大分子掺杂剂引入到强韧的水凝胶前体液中混合制备了可3D打印导电聚合物墨水，通过3D打印技术轻松实现了其高分辨率、可编程图案化加工，打印后循环冻融形成高性能CPH-EBI。通过该策略制备的CPH-EBI同步展现出高电导率1.2 S m^-1、低界面阻抗20 Ω、高拉伸性>349%、优异韧性109 kJ m^-3，且可与多种基底材料牢固粘附。基于这些性能优势，团队采用一体化多材料3D打印技术制作了CPH-EBI基可拉伸皮肤电极，实现了对人体ECG、EMG信号的高精度检测（信噪比约为商业化皮肤电极的1.5倍）。这项工作为高性能导电生物粘附界面的设计开发提供了新的途径。该工作以“3D Printing of Robust High-Performance Conducting Polymer Hydrogel-Based Electrical Bioadhesive Interface for Soft Bioelectronics”为题发表在《Small》上。

  理想的CPH-EBI通常需要具备以下特性：(1) 高导电性和低界面阻抗，使电信号在组织和电子元件之间有效通信；(2) 类组织的机械柔软性和伸展性，防止不良的组织免疫反应（如炎症）并满足组织的应变范围；(3) 稳定高效的组织粘附性，可在动态环境下与组织表面无缝而牢固地接触，实现更佳的共形效果；(4) 优异的生物兼容性，对生物组织无害、不会引起排斥反应；(5) 可编程的图案化加工与优异器件集成能力，能方便地集成到生物电子设备/系统中。

高性能CPH-EBI的设计与制备：

图1 CPH-EBI及其前体墨水的设计制备

3D打印CPH-EBI的电学与力学性能：

图2 3D打印图案化CPH-EBI

3D打印CPH-EBI的粘附性能：

图3 3D打印CPH-EBI电学与粘附性能

3D打印CPH-EBI的电化学性能和长期稳定性：

图4 CPH-EBI的电化学性能和长期稳定性

3D打印CPH-EBI的生物相容性：

图5 CPH-EBI生物相容性

CPH-EBI可拉伸皮肤电极的制作及其电生理信号记录：

图6 CPH-EBI可拉伸皮肤电极制备及其电生理信号记录

  综上所述，该团队通过将导电聚合物PEDOT:PSS和离子型大分子粘合剂PSBMA引入到强韧中PVA水凝胶前体溶液中，开发出一种新型CPH-EBI前体墨水。制备的前体墨水展示出优异的3D打印性，且可循环冻融成功转化为具有优异电学、力学和生物相容性的CPH-EBI。基于CPH-EBI制作的可拉伸皮肤电展现出优于商业肌电极的电生理信号记录能力。这项工作为解决目前导电生物粘附界面综合性能不足提供了一种新的设计策略，还为基于导电生物粘附界面的电子器件/可穿戴设备设计及加工制造提供了一条新途径。

  原文链接：

  Jiawen Yu?, Rongtai Wan?, Fajuan Tian?, Jie Cao, Wen Wang, Qi Liu, Hanjun Yang, Jingcheng Liu, Ximei Liu, Tao Lin, Jingkun Xu*, Baoyang Lu*, 3D printing of robust high-performance conducting polymer hydrogel-based electrical bioadhesive interface for soft bioelectronics. Small, 2023, 2308778. 

  https://doi.org/10.1002/smll.202308778

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