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西南交通大学Xiong Lu课题组–氧化石墨烯导电模板与氧化还原活性纳米片结合成水凝胶用于粘合剂生物电子学

二维导电纳米片因其具有较大的比表面积和优异的电子性能,在电子应用中一直处于核心地位。然而,调节导电纳米片的多功能性和亲水性仍然具有挑战性。在此,本文开发了一种绿色方法,通过在聚多巴胺还原和磺化过的氧化石墨烯(PSGO)模板上自组装聚(3,4-乙基二氧噻吩)(PEDOT),用于制造导电且具有氧化还原活性的水溶性纳米片。PSGO能显著提高纳米片的导电性和亲水性。由于含有丰富的邻苯二酚基团,因此纳米片具有氧化还原活性,可作为开发导电性和粘合性水凝胶的通用型纳米载体。纳米片在水凝胶网络内部创造了受贻贝激发的氧化还原环境,使得水凝胶具有长期、可重复的粘合性。同时,该水凝胶具有生物相容性,可植入体内进行生物信号检测。这种受贻贝启发的2D纳米片组装方法可适用于生产各种多功能纳米材料,在生物电子学领域具有多种潜在应用。

西南交通大学Xiong Lu课题组--氧化石墨烯导电模板与氧化还原活性纳米片结合成水凝胶用于粘合剂生物电子学

Figure 1 亲水性,导电性和氧化还原活性的三明治状PSGO-PEDOT纳米片的示意图及其在水凝胶中的结合。

西南交通大学Xiong Lu课题组--氧化石墨烯导电模板与氧化还原活性纳米片结合成水凝胶用于粘合剂生物电子学

Figure 2 PSGO-PEDOT纳米片的表征。PSGO-PEDOT纳米片的a) SEM、 b) TEM图和c) AFM图。d)不同纳米片的Zeta电位。e)不同纳米片在水中24小时后的分散性。f)不同质量比E的DOT/PSGO纳米片的固溶性。g) PSGO-PEDOT纳米片的CV曲线,扫描速度为5 mV s−1,循环10次。不同纳米片的h)导电性和i)弹性模量。

西南交通大学Xiong Lu课题组--氧化石墨烯导电模板与氧化还原活性纳米片结合成水凝胶用于粘合剂生物电子学

Figure 3 PSGO-PEDOT-纳米片结合水凝胶(PSGO-PEDOT-PAM)的粘合性能。a)水凝胶粘附在新鲜器官、金属、水果和陶瓷上。b)水凝胶在不同底物上的粘附强度。c)水凝胶对皮肤组织的重复粘附强度。d)水凝胶在储存1、3、5天后对皮肤组织的长期粘附强度。e)由贻贝激发的水凝胶粘附。

西南交通大学Xiong Lu课题组--氧化石墨烯导电模板与氧化还原活性纳米片结合成水凝胶用于粘合剂生物电子学

Figure 4纳米凝胶的微观结构和力学性能。a) PSGO-PEDOT-PAM水凝胶中形态(左)和放大的环状区域(右)。b) PSGO-PEDOT-PAM水凝胶网络的非共价相互作用。c) PSGO-PEDOT-PAM水凝胶延长至其初始长度的20倍并恢复。d) PSGO-PEDOT-PAM凝胶的循环拉伸加载-卸载曲线。e)拉伸应力-应变曲线。各种水凝胶的f)强度和延性产物及g)断裂能。h)对PSGO-PEDOT-PAM水凝胶进行压缩和回收。i) PSGO-PEDOT-PAM水凝胶的循环压缩加载-卸载曲线。

西南交通大学Xiong Lu课题组--氧化石墨烯导电模板与氧化还原活性纳米片结合成水凝胶用于粘合剂生物电子学

Figure 5 PSGO-PEDOT-PAM水凝胶的电导率和生物电子学应用。a)水凝胶附着在作者手上,连接到一个电路上并点亮一个LED。b)各种水凝胶的导电性。c)最近报道的导电水凝胶的电导率,最大拉伸应变和导电填料的含量。d) PSGO-PEDOT水凝胶作为电子皮肤。e)水凝胶作为电极粘附在作者背部测量肌电信号。f)水凝胶充当附着在作者头部的电极,测量作者生气或大笑时的脑电图。g)水凝胶作为心电图电极测量作者的心电图信号。h)水凝胶作为可植入的生物电极。

相关研究成果于2019年由西南交通大学Xiong Lu课题组,发表在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

本文来自石墨烯杂志,本文观点不代表利特纳米立场,转载请联系原作者。

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