江西科技师范大学卢宝阳/徐景坤：3D打印高性能导电聚合物水凝胶生物粘附界面(2)

时间：2023-12-14 09:40 来源：高分子科技作者：admin 阅读：次

3D打印CPH-EBI的电化学性能和长期稳定性

在电生理诊断和治疗过程中，高电容、低阻抗的CPH-EBI对于提高信噪比（SNR）和信息传输至关重要。该团队制备的CPH-EBI电荷存储容量（CSC），达到12.37 mC cm-2，是相同尺寸铂片电极（0.36 mC cm-2）的34倍。此外，在20到500 Hz的最佳肌电信号响应频率范围内，CPH-EBI的电化学界面阻抗从95 Ω逐步降低到22 Ω，比相同形状的铂电极（4962到1519 Ω）低两个数量级左右。此外，CPH-EBI可靠的长期稳定性对各种慢性生物医学应用至关重要，测试发现CPH-EBI在连续10,000,000次循环刺激后电荷注入容量（CIC）值仅降低了12.27%。这些优异的电化学性能，可满足肌电、心电等信号的长期稳定记录（图4）。

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

在120 h培养期间内，CPH-EBI浸提液中培养的L929细胞表现出与对照组相当的出色增殖能力。L929活死细胞染色图像结果显示，在CPH-EBI浸提液中培养的L929细胞显示出与对照组相似的存活和增殖能力。这些结果表明该CPH-EBI具有较好的生物相容性，适于生物医学的实际应用（图5）。

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

该团队采用一体化多材料3D打印技术制备了CPH-EBI可拉伸皮肤电极，用于记录电生理信号（心电和肌电信号）。通过比较静息时和运动后的心电信号，CPH-EBI可拉伸皮肤电极可有效检测运动后的心率变化，有望用于心律失常等人体健康监测。此外，该CPH-EBI皮肤电极还可用于记录肌电信号（EMG），且所记录肌电信号的信噪比（SNR）是相同条件下商用肌电极（Covidien H99SG）的1.5倍，可用于健康监测和电生理诊断等实际应用（图6）。

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。

该工作第一作者是江西科技师范大学硕士研究生余佳文、万荣泰和田发娟，通讯作者是江西科技师范大学徐景坤教授和卢宝阳教授，参与作者还包括江南大学刘敬成教授、山东大学齐鲁医院林涛医生等。

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

(责任编辑：admin)

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