用于生物电子学的导电、粘合剂、非溶胀和粘弹性水凝胶,Advanced Materials

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用于生物电子学的导电、粘合剂、非溶胀和粘弹性水凝胶
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2022-07-11 , DOI: 10.1002/adma.202203431
Im Kyung Han ₁ , Kang-Il Song ₂ , Sang-Mun Jung ₁ , Yeonggwon Jo ₃ , Jaesub Kwon ₁ , Taehun Chung ₁ , Surim Yoo ₃ , Jinah Jang _{3,

4,

5,

6} , Yong-Tae Kim ₁ , Dong Soo Hwang _{3,

6,

7} , Youn Soo Kim _{1,

3,

8}

Affiliation

作为一类新型材料，植入式柔性电导体最近已被开发并应用于生物电子学。理想的电导体需要高导电性、类似组织的机械性能、低毒性、对生物组织的可靠粘附以及在潮湿生理环境中保持其形状的能力。尽管取得了重大进展，但满足所有这些要求的电导体还不够。在此，介绍了一种通过同时剥离石墨和微波辐射引发的两性离子单体聚合来制造新型导电水凝胶的简便方法。所得导电水凝胶的力学性能与活体组织相似，这是一种理想的仿生粘合剂，可以最大限度地减少由于硬电子设备和软组织之间的机械不匹配而造成的接触损伤。此外，它还具有优异的粘合性能、导电性、不溶胀性和在水中的高适应性。通过使用 C2C12 细胞的细胞毒性试验、大鼠组织的生物相容性试验及其组织学分析，证实了水凝胶优异的生物相容性。然后将水凝胶植入大鼠的坐骨神经中，并通过低电流电刺激证明神经调节。这种水凝胶展示了一种类似组织的神经元外电极，它具有高度的整合性，可以改善组织电子界面，有望在下一代生物电子学应用中得到应用。具有优异的附着力、导电性、不溶胀性、在水中的高适应性。通过使用 C2C12 细胞的细胞毒性试验、大鼠组织的生物相容性试验及其组织学分析，证实了水凝胶优异的生物相容性。然后将水凝胶植入大鼠的坐骨神经中，并通过低电流电刺激证明神经调节。这种水凝胶展示了一种类似组织的神经元外电极，它具有高度的整合性，可以改善组织电子界面，有望在下一代生物电子学应用中得到应用。具有优异的附着力、导电性、不溶胀性、在水中的高适应性。通过使用 C2C12 细胞的细胞毒性试验、大鼠组织的生物相容性试验及其组织学分析，证实了水凝胶优异的生物相容性。然后将水凝胶植入大鼠的坐骨神经中，并通过低电流电刺激证明神经调节。这种水凝胶展示了一种类似组织的神经元外电极，它具有高度的整合性，可以改善组织电子界面，有望在下一代生物电子学应用中得到应用。大鼠组织的生物相容性试验及其组织学分析。然后将水凝胶植入大鼠的坐骨神经中，并通过低电流电刺激证明神经调节。这种水凝胶展示了一种类似组织的神经元外电极，它具有高度的整合性，可以改善组织电子界面，有望在下一代生物电子学应用中得到应用。大鼠组织的生物相容性试验及其组织学分析。然后将水凝胶植入大鼠的坐骨神经中，并通过低电流电刺激证明神经调节。这种水凝胶展示了一种类似组织的神经元外电极，它具有高度的整合性，可以改善组织电子界面，有望在下一代生物电子学应用中得到应用。

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Electroconductive, Adhesive, Non-Swelling, and Viscoelastic Hydrogels for Bioelectronics

As a new class of materials, implantable flexible electrical conductors have recently been developed and applied to bioelectronics. An ideal electrical conductor requires high conductivity, tissue-like mechanical properties, low toxicity, reliable adhesion to biological tissues, and the ability to maintain its shape in wet physiological environments. Despite significant advances, electrical conductors that satisfy all these requirements are insufficient. Herein, a facile method for manufacturing a new conductive hydrogels through the simultaneous exfoliation of graphite and polymerization of zwitterionic monomers triggered by microwave irradiation is introduced. The mechanical properties of the obtained conductive hydrogel are similar to those of living tissue, which is ideal as a bionic adhesive for minimizing contact damage due to mechanical mismatches between hard electronics and soft tissues. Furthermore, it exhibits excellent adhesion performance, electrical conductivity, non-swelling, and high conformability in water. Excellent biocompatibility of the hydrogel is confirmed through a cytotoxicity test using C2C12 cells, a biocompatibility test on rat tissues, and their histological analysis. The hydrogel is then implanted into the sciatic nerve of a rat and neuromodulation is demonstrated through low-current electrical stimulation. This hydrogel demonstrates a tissue-like extraneuronal electrode, which possesses high conformability to improve the tissue–electronics interfaces, promising next-generation bioelectronics applications.

更新日期：2022-07-11

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