Science正刊子刊同时发文,看鲍哲南、赵选贺如何玩转导电聚合物!
奇物论 2020-03-23

导电聚合物,生物器件少不了!

导电聚合物是由单键和双键交替组成的有机链,赋予聚合物类金属的半导体性质。由于对这些聚合物施加外源性电刺激可以促进细胞的增殖、粘附、迁移、分化和蛋白质分泌等活动。由于许多细胞和组织,特别是神经元,对电场具有响应性,导电聚合物在生物和医学应用中具有吸引力。导电聚合物已被广泛研究并应用于生物医学领域,包括生物传感器和可穿戴器件、神经修复体和生物致动器,以及药物递送和组织工程。

 

常用的导电聚合物包括聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT),聚苯胺(PANI)和聚吡咯,在生物电器件领域,这些导电聚合物由于良好的电化学稳定性,电学和力学性能以及生物相容性,常常作为电极涂层,以实现生物和电极的完美接触。

 

问题在于:

在潮湿的生理环境中,导电聚合物与基底和器件之间的粘附力较弱且不稳定,容易导致器件失效,极大地限制了其应用和可靠性。

 

成果简介:

2020年3月21日,麻省理工学院赵选贺教授等人Science Advances发表文章,展示了一种在潮湿的生理环境中,实现了各种导电聚合物在不同绝缘和导电基底上强粘附的通用而简单的方法。这是导电聚合物在生物电子器件领域的又一重要进展。

 

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关键技术:

在基体和导电聚合物之间引入了一层厚度仅为几个纳米的亲水性聚合物胶层,该胶层与基体形成强粘附力,并与导电聚合物形成互穿聚合物网络。

 

具体而言,研究人员选择亲水性聚氨酯(PU)为原料,来形成纳米尺度的超薄粘合剂层。将粘合剂层引入各种基材上的方法简便易行,常规的旋涂,喷涂或浸涂工艺均可。

 

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图|不同基底上的强附着力


方法优势:

1)优异性能。湿导电聚合物与各种基材之间产生超强的界面粘合力,剪切强度超过120 kPa;力学性能和电化学性能稳定,超声60分钟和10,000次充放电循环后未观察到的界面损坏。


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图|稳定性


2)实用性:不需要高端仪器设备,不需要精细而高难度的操作,工艺简便易行。原料来自于市场上常见的导电聚合物和亲水性PU,不需要进行复杂的化学合成或底物修饰。此外,该方法与导电聚合物常见的溶剂浇铸和电沉积等制造方法兼容,且不会损害导电聚合物的电学或力学性能。

 

3)普适性:改方法适用于玻璃,聚酰亚胺,聚二甲基硅氧烷(PDMS),氧化铟锡(ITO)在内的各种常用的绝缘和导电基底。此外,还与导电聚合物常见的溶剂浇铸和电沉积等制造方法兼容,且不会损害导电聚合物的电学或力学性能。

 

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图|普适性


总之,这项研究为解决了生物电子器件在潮湿生理环境中的实用性困难,用简便易行的想法,为导电聚合物的实用化进程起到重要推动作用。

 

奇物论(ID:Marvelist)3月21日报道,就在当天,斯坦福大学鲍哲南教授和光遗传学之父Karl Deisseroth教授合作也在Science发表文章,首次实现导电聚合物对细胞的靶向作用,根据特定细胞类型制造的聚苯胺(PANI)导电聚合物实现体内聚合,并改变了细胞膜的电性能。这种方法可以提供更多特定于细胞的电场靶向,在生物系统中创建多样化、复杂和功能化的结构和材料。(点击查看:深度解读 鲍哲南院士、光遗传学之父等Science:功能材料实现在动物体内靶向聚合组装

 

导电聚合物,未来可期!

 

参考文献:

1.Inoue A, Yuk H, Lu B, Zhao X. Strong adhesion of wet conducting polymers ondiverse substrates. Science Advances 2020,6,eaay5394.

https://doi.org/10.1126/sciadv.aay5394

2.Liu J, et al. Genetically targeted chemicalassembly of functional materials inliving cells, tissues, and animals. Science 2020 367,1372-6.

https://science.sciencemag.org/content/367/6484/1372

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