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西南交通大學Xiong Lu課題組–氧化石墨烯導電模闆與氧化還原活性納米片結合成水凝膠用于粘合劑生物電子學

二維導電納米片因其具有較大的比表面積和優異的電子性能,在電子應用中一直處于核心地位。然而,調節導電納米片的多功能性和親水性仍然具有挑戰性。在此,本文開發了一種綠色方法,通過在聚多巴胺還原和磺化過的氧化石墨烯(PSGO)模闆上自組裝聚(3,4-乙基二氧噻吩)(PEDOT),用于制造導電且具有氧化還原活性的水溶性納米片。PSGO能顯著提高納米片的導電性和親水性。由于含有豐富的鄰苯二酚基團,因此納米片具有氧化還原活性,可作為開發導電性和粘合性水凝膠的通用型納米載體。納米片在水凝膠網絡内部創造了受贻貝激發的氧化還原環境,使得水凝膠具有長期、可重複的粘合性。同時,該水凝膠具有生物相容性,可植入體内進行生物信号檢測。這種受贻貝啟發的2D納米片組裝方法可适用于生産各種多功能納米材料,在生物電子學領域具有多種潛在應用。

Figure 1 親水性,導電性和氧化還原活性的三明治狀PSGO-PEDOT納米片的示意圖及其在水凝膠中的結合。

Figure 2 PSGO-PEDOT納米片的表征。PSGO-PEDOT納米片的a) SEM、 b) TEM圖和c) AFM圖。d)不同納米片的Zeta電位。e)不同納米片在水中24小時後的分散性。f)不同質量比E的DOT/PSGO納米片的固溶性。g) PSGO-PEDOT納米片的CV曲線,掃描速度為5 mV s−1,循環10次。不同納米片的h)導電性和i)彈性模量。

Figure 3 PSGO-PEDOT-納米片結合水凝膠(PSGO-PEDOT-PAM)的粘合性能。a)水凝膠粘附在新鮮器官、金屬、水果和陶瓷上。b)水凝膠在不同底物上的粘附強度。c)水凝膠對皮膚組織的重複粘附強度。d)水凝膠在儲存1、3、5天後對皮膚組織的長期粘附強度。e)由贻貝激發的水凝膠粘附。

Figure 4納米凝膠的微觀結構和力學性能。a) PSGO-PEDOT-PAM水凝膠中形态(左)和放大的環狀區域(右)。b) PSGO-PEDOT-PAM水凝膠網絡的非共價相互作用。c) PSGO-PEDOT-PAM水凝膠延長至其初始長度的20倍并恢複。d) PSGO-PEDOT-PAM凝膠的循環拉伸加載-卸載曲線。e)拉伸應力-應變曲線。各種水凝膠的f)強度和延性産物及g)斷裂能。h)對PSGO-PEDOT-PAM水凝膠進行壓縮和回收。i) PSGO-PEDOT-PAM水凝膠的循環壓縮加載-卸載曲線。

Figure 5 PSGO-PEDOT-PAM水凝膠的電導率和生物電子學應用。a)水凝膠附着在作者手上,連接到一個電路上并點亮一個LED。b)各種水凝膠的導電性。c)最近報道的導電水凝膠的電導率,最大拉伸應變和導電填料的含量。d) PSGO-PEDOT水凝膠作為電子皮膚。e)水凝膠作為電極粘附在作者背部測量肌電信号。f)水凝膠充當附着在作者頭部的電極,測量作者生氣或大笑時的腦電圖。g)水凝膠作為心電圖電極測量作者的心電圖信号。h)水凝膠作為可植入的生物電極。

相關研究成果于2019年由西南交通大學Xiong Lu課題組,發表在Adv. Funct. Mater. (https://doi.org/10.1002/adfm.201907678)上。原文:Graphene Oxide-Templated Conductive and Redox-Active Nanosheets Incorporated Hydrogels for Adhesive Bioelectronics

本文來自石墨烯雜志,本文觀點不代表利特納米立場,轉載請聯系原作者。

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