相比于传统的无机电子器件,有机电子器件具备质轻,柔性,生物相容性好,易于加工等诸多优点,使其在柔性以及可穿戴电子领域有很好的应用前景。近年来,在柔性生物医疗电子市场需求的驱动下,利用导电聚合物(如聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸),PEDOT:PSS)开发柔性有机生物电子器件(如有机电化学晶体管(OECTs))的研究正在迅速增加。相比于其他有机传感器件,OECT具备更高的检测灵敏度以及更低的制备成本。然而,在表面粗糙,疏水的柔性衬底上直接加工处理PEDOT:PSS薄膜仍然是一个技术难题。
针对上述问题,加州大学洛杉矶分校(UCLA)的Ali Khademhosseini教授和Shiming Zhang (张世明) 博士等研究者提出了一种基于水凝胶载体的转移印刷新方法。该方法可将在传统的玻璃衬底上加工处理后的PEDOT:PSS薄膜转印到柔性衬底上,为制备超薄、可穿戴、以及皮肤可贴附有机生物电子器件提供了一种新的策略。
图一:水凝胶转印PEDOT:PSS薄膜示意图
研究发现,旋涂在玻璃基底上的PEDOT:PSS薄膜,一旦与表面活性剂混合,就可以被完整的转移到水凝胶上 ( 图一)。进一步研究表明转移效率不受薄膜的成分以及加热时间的影响。贴附在水凝胶上的薄膜可以被进一步转移到各种柔性基底上,转移过程无需任何其他处理。该方法允许将图案化的PEDOT:PSS纳米薄膜从玻璃衬底简单、快速、和可靠地转移到各种软衬底上,进而促进其在柔性有机生物电子器件当中的应用。
图二:利用水凝胶转印PEDOT:PSS制备的皮肤可贴附的OECT传感器
利用该方法,通过将PEDOT:PSS薄膜转印到镀有微电极阵列的纹身纸上面,该团队开发出了皮肤可贴附OECT传感器阵列 (图二)。贴附在皮肤上的OECT传感器在皮肤拉伸5%或者压缩40%的情况下仍保持稳定的电学及机械性能。通过进一步和小型化的无线测试模块以及蓝牙通讯模块整合,器件可以高效的检测汗液中健康信息,例如和糖尿病直接相关的葡萄糖浓度,检测极限可以达到微摩量级 (图三)。展示了其在生物医疗领域的巨大应用潜力。
图三:利用皮肤可贴附OECT无线监测葡萄糖浓度
以上相关成果发表在Advanced Functional Materials (DOI:10.1002/adfm.201906016)上。论文通讯作者Ali Khademhosseini教授长期从事水凝胶在生物医疗领域的研发。论文第一作者是实验室博士后张世明博士(共同通讯作者)。 张世明博士长期从事柔性有机生物电子的研发。近年来已在该领域发表了大量高影响论文 (Adv. Mater. 2019, 1904752; Adv. Mater. 2017, 29, 1703098; Adv. Funct. Mater. 2019, 1906016; Adv. Electron. Mater. 2019, 5, 1900191; Nature. 2018, 561, 466-467; Chem. Mater. 2017, 29, 3126; )。
- 河北工业大学王瑞虎/王丹 Angew:多重非共价作用介导能量耗散调制的氢键有机框架水凝胶助力可穿戴手势识别 2025-09-06
- 西南交大汪建新教授团队 AHM:突破水合层屏障 - 一种新型超强水下水凝胶粘合剂助力全层软骨修复 2025-09-06
- 柏林自由大学马楠教授团队 Adv. Funct. Mater.: 水凝胶调节人肝脏类器官细胞谱系 2025-09-01
- 厦门大学汪骋教授与中国科大苏州高研院张雨生博士 Nano Lett.:飞秒激光实现银/导电聚合物微结构的三维打印 2025-09-03
- 中国科大苏州高研院张雨生博士、杨亮教授与厦门大学汪骋教授 Small:利用MOF单晶实现导电聚合物三维打印的新策略 2025-08-30
- 新疆大学吐尔逊·阿不都热依木教授团队 CEJ/Surf Interfaces:导电聚合物/TiO2基自供电紫外光探测器构建与性能 2025-08-11
- 新疆大学吐尔逊·阿不都热依木教授团队 CEJ: 聚多巴胺-PEDOT基便携式传感器用于氯丙嗪和诺氟沙星的同步测定 2025-09-05