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Increasing the Conductivity and Adhesion of Polypyrrole Hydrogels with Electropolymerized Polydopamine
Chemistry of Materials ( IF 7.2 ) Pub Date : 2019-12-26 , DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b03655 Evelyn Chalmers 1 , Haeshin Lee 2 , Chuang Zhu 1 , Xuqing Liu 1
Chemistry of Materials ( IF 7.2 ) Pub Date : 2019-12-26 , DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b03655 Evelyn Chalmers 1 , Haeshin Lee 2 , Chuang Zhu 1 , Xuqing Liu 1
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Polypyrrole (Ppy) hydrogels are a promising new avenue for developing cheap wearable electronics and biotechnology. In particular, the use of conducting polymer hydrogels can impart elasticity and a high specific surface area, leading to great potential for sensors, cell growth scaffolds, and energy storage. However, their significantly low conductivity (compared to Ppy films and carbon or metallic microstructures), hydrophobicity, and low adhesiveness mean that they are currently unsuitable for most biological and wearable applications. Here, we show that by electropolymerizing a covalently bonded polydopamine (PDA) phase within polypyrrole hydrogels, we increased the conductivity by 2720% and adhesion by 2140% compared to pure polypyrrole hydrogels. Pyrrole monomers provided π-bond stabilization and prevented a π-stacked, auto-oxidized layer of PDA from forming. Instead, through potentiodynamic polarization of polypyrrole gels after dopamine incorporation, we produced covalently bonded 5,6-dihydroxyindole, producing an additional phase of conjugated polymer that interacted with the polypyrrole through noncovalent bonding. The PDA’s unoxidized catechol groups also led to increased hydrophilicity and adhesiveness of the hydrogels. These results are a further step toward the realization of fully polymer wearable electronics made with a simple, scalable technique, thereby removing the need for expensive, biologically unfriendly metals or carbon structures.
中文翻译:
电聚合聚多巴胺提高聚吡咯水凝胶的电导率和粘附力
聚吡咯(Ppy)水凝胶是开发廉价可穿戴电子产品和生物技术的有前途的新途径。特别地,使用导电聚合物水凝胶可赋予弹性和高比表面积,从而为传感器,细胞生长支架和能量存储带来巨大潜力。但是,它们的电导率极低(与Ppy膜和碳或金属微结构相比),疏水性和低粘附性意味着它们目前不适用于大多数生物和可穿戴应用。在这里,我们表明,通过电聚合聚吡咯水凝胶中的共价键合聚多巴胺(PDA)相,与纯聚吡咯水凝胶相比,电导率提高了2720%,附着力提高了2140%。吡咯单体可提供π键稳定作用并防止π堆积,PDA的自氧化层形成。相反,通过多巴胺掺入后聚吡咯凝胶的电位动力学极化,我们产生了共价键合的5,6-二羟基吲哚,产生了另一相的共轭聚合物,其通过非共价键与聚吡咯相互作用。PDA的未氧化邻苯二酚基团还导致水凝胶的亲水性和粘合性增加。这些结果是朝着实现使用简单,可扩展的技术制造的完全聚合物可穿戴电子设备迈出的又一步,从而消除了对昂贵的,生物学上不友好的金属或碳结构的需求。产生另一相的共轭聚合物,通过非共价键与聚吡咯相互作用。PDA的未氧化邻苯二酚基团还导致水凝胶的亲水性和粘合性增加。这些结果是朝着实现使用简单,可扩展的技术制造的完全聚合物可穿戴电子设备迈出的又一步,从而消除了对昂贵的,生物学上不友好的金属或碳结构的需求。产生另一相的共轭聚合物,通过非共价键与聚吡咯相互作用。PDA的未氧化邻苯二酚基团还导致水凝胶的亲水性和粘合性增加。这些结果是朝着实现使用简单,可扩展的技术制造的完全聚合物可穿戴电子设备迈出的又一步,从而消除了对昂贵的,生物学上不友好的金属或碳结构的需求。
更新日期:2019-12-27
中文翻译:
电聚合聚多巴胺提高聚吡咯水凝胶的电导率和粘附力
聚吡咯(Ppy)水凝胶是开发廉价可穿戴电子产品和生物技术的有前途的新途径。特别地,使用导电聚合物水凝胶可赋予弹性和高比表面积,从而为传感器,细胞生长支架和能量存储带来巨大潜力。但是,它们的电导率极低(与Ppy膜和碳或金属微结构相比),疏水性和低粘附性意味着它们目前不适用于大多数生物和可穿戴应用。在这里,我们表明,通过电聚合聚吡咯水凝胶中的共价键合聚多巴胺(PDA)相,与纯聚吡咯水凝胶相比,电导率提高了2720%,附着力提高了2140%。吡咯单体可提供π键稳定作用并防止π堆积,PDA的自氧化层形成。相反,通过多巴胺掺入后聚吡咯凝胶的电位动力学极化,我们产生了共价键合的5,6-二羟基吲哚,产生了另一相的共轭聚合物,其通过非共价键与聚吡咯相互作用。PDA的未氧化邻苯二酚基团还导致水凝胶的亲水性和粘合性增加。这些结果是朝着实现使用简单,可扩展的技术制造的完全聚合物可穿戴电子设备迈出的又一步,从而消除了对昂贵的,生物学上不友好的金属或碳结构的需求。产生另一相的共轭聚合物,通过非共价键与聚吡咯相互作用。PDA的未氧化邻苯二酚基团还导致水凝胶的亲水性和粘合性增加。这些结果是朝着实现使用简单,可扩展的技术制造的完全聚合物可穿戴电子设备迈出的又一步,从而消除了对昂贵的,生物学上不友好的金属或碳结构的需求。产生另一相的共轭聚合物,通过非共价键与聚吡咯相互作用。PDA的未氧化邻苯二酚基团还导致水凝胶的亲水性和粘合性增加。这些结果是朝着实现使用简单,可扩展的技术制造的完全聚合物可穿戴电子设备迈出的又一步,从而消除了对昂贵的,生物学上不友好的金属或碳结构的需求。