昨天刚发完Nature，今天又发Science！

时隔三月，鲍哲南院士再发Nature！

昨日，鲍哲南院士在Nature上发文High-brightness all-polymer stretchable LED with charge-trapping dilution，报道了一种材料设计策略和制造工艺，以实现具有高亮度(约7450坎德拉每平方米)、高电流效率(约5.3坎德拉每安培)和可拉伸性(约100%应变)的可伸缩全聚合物基发光二极管。

今日，她又在Science上发文，顶刊连发，实在是太厉害了！

可植入和可穿戴的生物电子系统在生物医学应用中至关重要，包括用于疾病诊断的生理信号的多模式监测、治疗神经或心脏活动的可编程调节、修复假肢丢失的感觉运动功能和增强现实。然而，其中许多现有设备在动态移动的组织环境中运行时会遇到性能下降，有时甚至会失效。这主要源于电子和生物系统之间的机械不匹配（例如模量和拉伸性），这不可避免地会导致界面分层、纤维封装和/或渐进的组织疤痕。

为了保持生物电极接口之间的有效电信号交换，已努力使刚性电子和无机材料符合软生物组织。与此同时，本质上可拉伸的有机电子产品正在迅速成为具有多个特定优势的有前途的候选产品。首先，它们不会受到刚性材料整体系统拉伸性和器件密度之间的固有权衡。因此，可以使用共形生物接口实现高分辨率测绘和干预。其次，导电聚合物（CP）的高体积电容可以降低电极组织界面阻抗，特别是在生理相关的频率范围内（<10 kHz），这允许高记录保真度和高效的刺激电荷注入。然而，现有可拉伸CP一旦微制成生物电子器件，电导率太低。因此，仍然需要刚性金属互连，这大大降低了软CP的优势。

在这里，作者描述了一个合理设计的拓扑超分子网络，以同时实现生物电子学的三项重要进展。这些进步是：

（i）具有高导电性的生物相容性和可拉伸的CP，

（ii）直接光刻到细胞级特征尺寸，

（iii）微制造后保持的高拉伸性，在100%应变下没有裂纹形成。

所有这些都对低阻抗和无缝生物整合至关重要。

具体地说，作者考虑了将聚轮烷系统地引入由导电聚合物聚乙烯二氧噻吩：聚磺苯乙烯（PEDOT：PSS）制成的软导电膜中。聚轮烷由聚乙二醇（PEG）骨架组成，环糊精使用PEG-甲基丙烯酸酯侧链连接。环糊精可以沿着链条来回滑动，从而防止PEG的结晶并提供更好的拉伸性。混合聚合物可以光刻到两微米特征尺寸，并表现出增强的导电性，使其适用于表面安装和植入的生物电子器件。

作者在生理环境中同时获得了高导电性和裂纹起始应变，并可以在细胞级别直接光刻。作者进一步在柔软和可延展的章鱼上收集稳定的肌电图信号，并通过精细的脑干进行局部神经调节，精确到单核，以控制器官特异性活动。

图文详情

图1. 用于多模态和保形生物界面的本征可伸缩有机电子器件

图2. 同时提升导电性、可拉伸性、可光刻性

图3. 完全交联拓扑网络可以经过后处理，实现创纪录的高导电性和拉伸性

图4. 柔软和可拉伸的电极阵列允许对可变形组织进行稳定的电生理监测

图5. 可拉伸的高密度阵列允许局部神经调节，以精确控制单个肌肉活动

文献信息

Topological supramolecular network enabled high-conductivity, stretchable organic bioelectronics. Science375, 1411–1417 (2022)

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj7564

如有侵权，请联系本站删除！