IF 27.4！通过解耦电荷传输机制实现具有多模式功能的异常稳健的导电聚合物基生物电极的一般策略

本文精选

生物电极是生物体和电子器件之间信号转导的关键接口。导电聚合物 （CP），特别是聚（3,4-乙烯二氧噻吩）:p（苯乙烯磺酸盐），由于其电气性能、高紧凑性和易于加工性，是生物电极最有前途的材料之一，但即使在一些常见环境（例如，电刺激、化学品和高温）中也经常出现降解或去掺杂。因此，这种不稳定性严重破坏了它们在实际应用中的可靠性。为了解决这一关键问题，提出了一种将电子转移与电子离子转导分离的新策略。具体来说，化学衍生的孔状石墨烯 （HG） 作为超稳定的混合离子电子导体，被引入 CP 基体中。HG 可以恢复 CP 被破坏的导电通路，而其孔隙率和 CP 的插层协同保持快速离子和分子扩散。因此，所得生物电极表现出优异的低阻抗、高电荷注入容量、电化学活性和对各种恶劣条件的出色弹性，优于 HG、还原氧化石墨烯、CP 或石墨烯涂层的 CP 电极。此外，该策略还表现出与各种加工技术的广泛兼容性，并被证明适用于其他电极系统，例如可拉伸电极，为电物理捕获、神经元调节和生化分析的实际应用铺平了道路。

创新点

1. 通过解耦电子转移与离子转导，提出了一种全新的导电聚合物基生物电极设计策略。

2. 将化学衍生的孔状石墨烯（HG）作为超稳定导体引入聚（3,4-乙烯二氧噻吩）基体，显著提升电极稳定性。

3. 利用HG的孔隙率与CP的插层协同作用，实现快速离子和分子扩散，提升电极性能。

4. 该策略展示出与多种加工技术的兼容性，为多样化电极系统提供了通用性解决方案。

对科研工作的启发

1. 分离电荷传输机制的研究思路可为开发其他高性能复合材料提供新方向。

2. 引入二维材料如孔状石墨烯的策略启发了对材料界面调控的深入探索。

3. 关注材料在恶劣环境下的稳定性可推动生物电极在极端条件下的应用研究。

4. 多模式功能的实现提示科研应注重材料的协同效应而非单一性能优化。

思路延伸

1. 可进一步探索其他二维材料（如MXene或过渡金属硫化物）与导电聚合物的耦合效果。

2. 研究不同孔隙结构的石墨烯对离子扩散和电荷存储的具体影响规律。

3. 开发自适应或自修复功能的生物电极以应对动态环境挑战。

4. 将该策略扩展至柔性电子器件，探索其在可穿戴设备中的潜力。

5. 结合机器学习优化材料配比和结构设计，提升电极性能的可控性。

生物医学领域的应用

1. 用于神经接口电极，实现长期稳定的神经信号记录和调控。

2. 应用于心脏起搏器电极，提高电刺激的效率和耐久性。

3. 在生化传感器中作为检测平台，提升对生物标志物的灵敏度和选择性。

4. 用于电物理捕获技术，助力单细胞分析和精准医学研究。

5. 在可拉伸植入式设备中实现对组织动态变化的实时监测。

6. 支持药物传递系统，通过电化学活性触发靶向释放。

A General Strategy for Exceptionally Robust Conducting Polymer‐Based Bioelectrodes with Multimodal Capabilities Through Decoupled Charge Transport Mechanisms

Adv. Mater.（IF 27.4）

Pub Date  : 2025-03-12

DOI : 10.1002/adma.202417827

Yuhao Geng, Bowen Yao, Wei Zhong, Haojie Zhao, Shuai Zhou, Tong Liu, Jianhua Xu, Zhifeng Wang, Jiajun Fu

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