导电凝胶粘湿时更好的生物医学传感器和植入物

时间：2021-09-29 11:51:58 来源：

测试导电聚合物材料的电导率，同时浸入水中以证明其耐久性和保持粘合能力。

使聚合物粘附到表面的新方法可以使得能够更好的生物医学传感器和植入物。

例如，作为电力的良好电力导体的聚合物可用于生物医学装置，以帮助感测或静电。但是，已经有一个伸直的点，防止了他们广泛的用途：它们无法粘附在诸如传感器或微芯片之类的表面上，尽管水分从身体中湿润。

现在，麻省理工学院的研究人员已经提出了导电聚合物凝胶来粘附在湿表面上。

新的粘合方法今天在CHINESCONCLIC SURT学生Hyunwoo Yuk，前访问学者Akihisa Inoue，Postdoc Baoyang Lu，以及机械工程教授，宣兆，赵钊教授。

Zhao解释说，用于生物医学装置的大多数电极由铂或铂 - 铱合金制成。这些是非常好的电导体，在体内的潮湿环境中耐用，化学稳定，因此它们不会与周围组织相互作用。但他们的僵硬是一个主要的缺点。因为它们不能像身体移动一样弯曲和伸展，所以它们可以损坏细腻的组织。

相比之下，诸如PEDOT的导电聚合物如PSS，PSS可以非常紧密地匹配体内脆弱组织的柔软性和柔韧性。棘手的部分已经让它们保持连接到它们所连接的生物医学设备。研究人员多年来一直在挣扎，使这些聚合物能够在身体的潮湿和始终移动的环境中持久。

“有成千上万的论文谈到这些材料的优势，”尤克说，但制造生物医学设备的公司“只是不使用它们”，因为它们需要非常可靠和稳定的材料。材料的失败可能需要一种侵入性外科手术来取代它，这对患者提供额外的风险。

坚硬的金属电极“有时会造成伤害组织，但在一段时间内，它们在可靠性和稳定性方面运作，”这在迄今为止之前没有如此，直到现在。

聚合物材料非常柔韧，允许其用于可以用身体弯曲的生物传感器。

解决这个问题的大多数努力都涉及对聚合物材料进行重大修改，以提高他们的耐用性及其坚持的能力，但是尤克说，它创造了自己的问题：公司已经在设备中投入大量投资以制造这些聚合物，并对配方进行重大变化需要对新生产设备的重大投资。这些变化将适用于经济方面相对较小的市场，虽然潜在的影响。已经尝试的其他方法仅限于特定材料。相反，麻省理工学院团队专注于使得最大的变化可能，以确保与现有生产方法的兼容性，并使该方法适用于各种材料。

它们的方法涉及导电聚合物水凝胶和基材材料之间的极薄的粘合剂层。虽然只有几纳米厚（亿米），但是该层才能有效地使凝胶粘附到各种常用的底物材料中的任何一种，包括玻璃，聚酰亚胺，氧化铟锡和金。粘合剂层渗透到聚合物本身中，产生坚韧的耐用保护结构，即使在长时间暴露于湿环境时也使材料保持在适当位置。

粘合剂层可以通过各种标准制造工艺施加到器件上，包括旋涂，喷涂和浸涂，使得与现有的制造平台易于集成。在其测试中使用的研究人员的涂层由聚氨酯，亲水性（吸水）材料制成，其容易获得和廉价，尽管也可以使用其他类似的聚合物。YUK解释说，这种材料在形成互通网络时形成互穿网络时变得非常强劲。他说，这种增强的强度应解决与未涂覆的聚合物相关的耐久性问题。

结果是机械强的强凝胶和导电凝胶，与其连接的表面紧密粘合。“这是一个非常简单的过程，”yuk说。

粘合证明是对衬底材料的弯曲，扭曲甚至折叠的高度耐抗性。使用超声波在加速老化条件下在实验室中测试了粘合剂聚合物，但是对于生物医学装置行业接受这种新材料，需要更长，更严格的测试，以确认在现实条件下确认这些涂层纤维的稳定性长时间。

“我们非常乐意许可并将这项技术置于那里，以便在现实的情况下进一步测试，”他说。他说，该团队已经开始与制造商谈论“我们如何最好地帮助他们测试这种知识”，“他说。

“我认为这是一项很好的工作，”斯坦福大学化学工程教授振南宝说，与这项研究无关。“湿粘合剂已经是一个很大的挑战。在潮湿条件下工作的导电粘合剂更加罕见。它们非常需要神经界面和从心脏或大脑记录电信号。“

宝说，这项工作“是生物电化领域的一个重大进步。”

该研究得到了国家科学基金会，JSR公司和三星的支持。

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